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[资料] 如何提高操作系统的实时性
2020-7-8 15:41:55  173 操作系统
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  1、缩短中断响应时间。几乎所有的实时事件都是通过中断上报的,当中断来临时,我们必须停止当前的一切任务,响应中断,我们把中断分成两部分:上半部分与下半部分,或者快中断部分与慢中断部分。上半部分屏蔽其他中断,处理那些紧急任务,如清除某些寄存器,保存中断现场,给相应进程发送消息等, 其他不太紧急的部分放在下半部分,此时所有中断打开,不影响其他任务的完成。
  2、缩短进程上下文切换时间。当CPU在执行某个任务时,实时任务到来,需要马上执行实时任务,我们不能等到当前任务时间片用完才去执行实时任务,那样黄花菜都凉了,必须在中断来临之时马上能够切换过去,保存当前进程的上下文如寄存器,内存,文件,信号等上下文,恢复实时任务的上下文。保存恢复上下文越快越好,这就要求两个进程的上下文共享的资源越少越好,如每个任务的内存是独立的,甚至寄存器也是独立的,这样互不干扰,切换最快了。
  3、缩短实时进程调度时间。一般进程都是按照优先级调度的,实时进程的优先级当然要比非实时的高, 不同实时进程按紧急度不同优先级也不同,实时进程调度算法最好与非实时部分有所区别,算法复杂度最好是O(1)。
  4、缩短进程资源分配等待时间。对于一个多进程操作系统,很多资源是大家共享的,如果实时进程需要某个资源,发现那个资源被别的低优先级进程占用,非要等人家执行完才行,而此低优先级进程级别实在太低,其它的进程趁机抢占了CPU, 导致这个低优先级进程迟迟得不到执行,连累苦了我们的实时进程。这样就造成了优先级的反转, 解决优先级反转也有很多办法:主要有优先级继承与优先级极限两种, 原理都相同:此时迅速提高占有资源的低优先级进程的优先级,使其优先级至少与等待资源的实时进程相同。
  5、以空间换时间,减少资源的延迟分配。减少虚资源的分配, 要给就给实的,甚至可以预分配资源。通常进程创建时得到的内存都是虚的,适用malloc得到的资源也是虚拟内存,真正的内存只有当你读写到这个页时才分配,先产生缺页中断,在缺页中断里调用物理页面分配函数,不过这需要一定的时间,硬实时任务是等不及的,所以开始不能跟他玩虚的,狠狠心,开始就把它需要的物理资源备好,所以如果需要寄存器就不要拿Cache敷衍, 如果需要Cache就不要拿内存敷衍,如果需要内存就不要拿硬盘空间敷衍, 传统的以时间换空间的方法在这儿行不通的。在价格能够承受的情况下,尽量分配多级存贮系统的高速部分。
  6. 尽量使操作系统简单,甚至定制,为了实时性,我们不得不牺牲他的其他功能,也减少用户易用性,如去掉图形界面部分,去掉虚拟内存管理,甚至去掉多进程,专注于一个任务效率当然最高, 理论证明,如果有多个实时任务,要保证他们都不会 miss deadline, 流出来的缓冲时间至少要达到30%, 这里还没考虑到上下文切换时间,实际需要的缓冲时间更多。
  当前实时操作系统有DOS, Windows mobile, Windows CE, VxWorks, 各种实时Linux, Qnux等。 我国我们的通用操作系统要考虑到实时性,必须在其设计的时候考虑到可裁减性,可配置性,这样到实时场合下,可以很方便的抛弃一切不必要的负担,全身的投入到实时任务之中。而这不是一个简单的要求。
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