Linux是實時系統(tǒng)還是分時操作系統(tǒng)?

時間：2021-08-19 16:29:22

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關(guān)注 星標公眾號，不錯過精彩內(nèi)容

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我們平時分享的μC/OS、FreeRTOS、RT-Thread、ThreadX這些都是實時操作系統(tǒng)（RTOS），那么有讀者問：什么是分時操作系統(tǒng)，Linux屬于實時操作系統(tǒng)嗎？

實時操作系統(tǒng)（RTOS）

RTOS，英文全稱Real Time Operating?System，即實時操作系統(tǒng)。

1.實時操作系統(tǒng)定義
實時操作系統(tǒng)（RTOS）是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應(yīng)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。
因而，提供及時響應(yīng)和高可靠性是其主要特點。
實時操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設(shè)計時保證的。
軟實時則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系統(tǒng)在經(jīng)過一定改變之后就可以變成實時操作系統(tǒng)。

實時操作系統(tǒng)是保證在一定時間限制內(nèi)完成特定功能的操作系統(tǒng)。例如，可以為確保生產(chǎn)線上的機器人能獲取某個物體而設(shè)計一個操作系統(tǒng)。在“硬”實時操作系統(tǒng)中，如果不能在允許時間內(nèi)完成使物體可達的計算，操作系統(tǒng)將因錯誤結(jié)束。
在“軟”實時操作系統(tǒng)中，生產(chǎn)線仍然能繼續(xù)工作，但產(chǎn)品的輸出會因產(chǎn)品不能在允許時間內(nèi)到達而減慢，這使機器人有短暫的不生產(chǎn)現(xiàn)象。一些實時操作系統(tǒng)是為特定的應(yīng)用設(shè)計的，另一些是通用的。
一些通用目的的操作系統(tǒng)稱自己為實時操作系統(tǒng)。但某種程度上，大部分通用目的的操作系統(tǒng)，如微軟的Windows NT或IBM的OS/390有實時系統(tǒng)的特征。這就是說，即使一個操作系統(tǒng)不是嚴格的實時系統(tǒng)，它們也能解決一部分實時應(yīng)用問題。

2.實時操作系統(tǒng)的特征
1）多任務(wù)；
2）有線程優(yōu)先級
3）多種中斷級別

小的嵌入式操作系統(tǒng)經(jīng)常需要實時操作系統(tǒng)，內(nèi)核要滿足實時操作系統(tǒng)的要求。

3.實時操作系統(tǒng)的相關(guān)概念
（1）基本概念
代碼臨界段：指處理時不可分割的代碼。一旦這部分代碼開始執(zhí)行則不允許中斷打入；

資源：任何為任務(wù)所占用的實體；

共享資源：可以被一個以上任務(wù)使用的資源；

任務(wù)：也稱作一個線程，是一個簡單的程序。每個任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級，有它自己的一套CPU寄存器和自己的棧空間。典型地，每個任務(wù)都是一個無限的循環(huán)，每個任務(wù)都處在以下五個狀態(tài)下：休眠態(tài)，就緒態(tài)，運行態(tài)，掛起態(tài)，被中斷態(tài)；
任務(wù)切換：將正在運行任務(wù)的當前狀態(tài)（CPU寄存器中的全部內(nèi)容）保存在任務(wù)自己的棧區(qū)，然后把下一個將要運行的任務(wù)的當前狀態(tài)從該任務(wù)的棧中重新裝入CPU的寄存器，并開始下一個任務(wù)的運行；

內(nèi)核：負責管理各個任務(wù)，為每個任務(wù)分配CPU時間，并負責任務(wù)之間通訊。分為不可剝奪型內(nèi)核于可剝奪型內(nèi)核；

調(diào)度：內(nèi)核的主要職責之一，決定輪到哪個任務(wù)運行。一般基于優(yōu)先級調(diào)度法；

（2）關(guān)于優(yōu)先級的問題
任務(wù)優(yōu)先級：分為優(yōu)先級不可改變的靜態(tài)優(yōu)先級和優(yōu)先級可改變的動態(tài)優(yōu)先級；

優(yōu)先級反轉(zhuǎn)：優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題是實時系統(tǒng)中出現(xiàn)最多的問題。共享資源的分配可導致優(yōu)先級低的任務(wù)先運行，優(yōu)先級高的任務(wù)后運行。解決的辦法是使用“優(yōu)先級繼承”算法來臨時改變?nèi)蝿?wù)優(yōu)先級，以遏制優(yōu)先級反轉(zhuǎn)。

（3）互斥
雖然共享數(shù)據(jù)區(qū)簡化了任務(wù)之間的信息交換，但是必須保證每個任務(wù)在處理共享共享數(shù)據(jù)時的排他性。使之滿足互斥條件的一般方法有：關(guān)中斷，使用測試并置位指令（TAS），禁止做任務(wù)切換，利用信號量。
因為采用實時操作系統(tǒng)的意義就在于能夠及時處理各種突發(fā)的事件，即處理各種中斷，因而衡量嵌入式實時操作系統(tǒng)的最主要、最具有代表性的性能指標參數(shù)無疑應(yīng)該是中斷響應(yīng)時間了。中斷響應(yīng)時間通常被定義為：

中斷響應(yīng)時間=中斷延遲時間保存CPU狀態(tài)的時間該內(nèi)核的ISR進入函數(shù)的執(zhí)行時間。
中斷延遲時間=MAX(關(guān)中斷的最長時間，最長指令時間) 開始執(zhí)行ISR的第一條指令的時間。
分時操作系統(tǒng)（TSOS）

TSOS，英文全稱Time-sharing Operating System，即分時操作系統(tǒng)。

使一臺計算機同時為幾個、幾十個甚至幾百個用戶服務(wù)的一種操作系統(tǒng)叫分時操作系統(tǒng)。把計算機與許多終端用戶連接起來，分時操作系統(tǒng)將系統(tǒng)處理機時間與內(nèi)存空間按一定的時間間隔，輪流地切換給各終端用戶的程序使用。
由于時間間隔很短，每個用戶的感覺就像他獨占計算機一樣。分時操作系統(tǒng)的特點是可有效增加資源的使用率。例如UNIX系統(tǒng)就采用剝奪式動態(tài)優(yōu)先的CPU調(diào)度，有力地支持分時操作。

產(chǎn)生分時系統(tǒng)是為了滿足用戶需求所形成的一種新型 OS 。它與多道批處理系統(tǒng)之間，有著截然不同的性能差別。用戶的需求具體表現(xiàn)在以下幾個方面: 人—機交互共享主機便于用戶上機?

1.分時系統(tǒng)的基本思想
時間片：是把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是 CPU時間）進行時間上的分割，每個時間段稱為一個時間片，每個用戶依次輪流使用時間片。?

分時技術(shù)：把處理機的運行時間分為很短的時間片，按時間片輪流把處理機分給各聯(lián)機作業(yè)使用。?

分時操作系統(tǒng)：是一種聯(lián)機的多用戶交互式的操作系統(tǒng)。一般采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式使一臺計算機為多個終端服務(wù)。對每個用戶能保證足夠快的響應(yīng)時間，并提供交互會話能力。?

設(shè)計目標：對用戶的請求及時響應(yīng)，并在可能條件下盡量提高系統(tǒng)資源的利用率。?

適合辦公自動化、教學及事務(wù)處理等要求人機會話的場合。?

2.工作方式
一臺主機連接了若干個終端；每個終端有一個用戶在使用；交互式地向系統(tǒng)提出命令請求；系統(tǒng)接受每個用戶的命令；采用時間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請求；并通過交互方式在終端上向用戶顯示結(jié)果；用戶根據(jù)上步結(jié)果發(fā)出下道命令?
分時系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵問題：及時接收。及時處理。?

3.特征?
交互性：用戶與系統(tǒng)進行人機對話。?
多路性：多用戶同時在各自終端上使用同一CPU。?
獨立性：用戶可彼此獨立操作，互不干擾，互不混淆。?
及時性：用戶在短時間內(nèi)可得到系統(tǒng)的及時回答。?
影響響應(yīng)時間的因素：終端數(shù)目多少、時間片的大小、信息交換量、信息交換速度。
區(qū)別

RTOS和TSOS各有各的特點，RTOS一般用于相對低速的MCU，比如運動控制類、按鍵輸入等動作要求實時處理的系統(tǒng)，一般要求ms級，甚至us級響應(yīng)。
分時：現(xiàn)在流行的PC，服務(wù)器都是采用這種運行模式，即把CPU的運行分成若干時間片分別處理不同的運算請求。
實時：一般用于單片機上，比如電梯的上下控制中，對于按鍵等動作要求進行實時處理。
最后

分通過以上分析，可以明確linux是分時系統(tǒng)，不過可以改成實時的如：ucLinux就是linux修改而來的實時系統(tǒng)，至于他們的區(qū)別，可以引用百度中的類似回答：
分時系統(tǒng)是一個系統(tǒng)可以同時為兩個或兩個以上的賬戶服務(wù)！
實時系統(tǒng)是能立即對指令做出反應(yīng)的操作系統(tǒng)！微軟的常見系統(tǒng)不能吧！而且還死機！戰(zhàn)斗機中的操作系統(tǒng)就是實時的系統(tǒng)，想想如果別人打仗時戰(zhàn)斗機中的電腦反應(yīng)的是飛行員上一條指令或死機了，誰還敢開這架飛機呢？