游戏王生命激流龙特化:什么是实时操作系统

实时操作系统,简称RTOS(Real Time Operat-
ing System). UNIX是分时系统,定时器的优先级
最高.以UNIX为基础,允许对中断处理的优先级
做些调整,使系统对外部事件的响应速度保证不大于
某一特定的时间间隔,就构成了实时系统,如Lynx,
OS-9等操作系统.如果操作系统能做到不死机,且
响应速度有保证就可以用于各种控制目的了.
用于控制目的时,多任务是必要的,而多用户往
往并不需要,尤其是在嵌人式应用中.因此可以将
UNIX多用户那部分功能去掉,并根据嵌人式应用的
特点,舍弃一部分不必要的功能,以适应嵌人式应用
万方数据
学习园地 327
中要求占用内存少的特点,这就是嵌人式多任务实时
操作系统.在这里,"操作"二字已经失去了本来的含
义.
RTOS的开发工具允许用户针对不同的应用对
象对RTOS的内核进行裁剪,压缩,以适应各类应
用,并提供应用程序的调试环境.
从理论上讲,无论UNIX还是基于UNIX思想
的RTOS,都包含了计算机软件理论最精华的那一部
分.从实践上说,它们亦是被无数应用系统证明是完
全成功的.
实时系统是指能在确定的时间内执行其功能并
对外部的异步事件做出响应的计算机系统.其操作
的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度,而且跟这
些操作进行的时间有关."在确定的时间内"是这个
定义的核心.也就是说,实时系统是对响应时间有严
格要求的.例如,一个视频播放系统要从CD-ROM
中读取高压缩率的数据,并将其解压缩,送到显示设
备.解压缩的工作必须在很短的时间(毫秒级)内完
成,否则会出现画面的不连续.假设图像每帧的停留
时间为30ms,那么该系统必须在这段时间内将下一
帧从CD-ROM中读出并完成解压缩.30ms就成为
一个时间限制,每次处理均在30ms内就是实时的,
一万次处理有一次处理时间大于30ms也不是好的
实时系统.
一个系统具有实时性并不说明该系统的响应和
处理速度非常快;而一个高速系统也未必是实时系
统.特定的实时系统有其具体的时限(或速度)要求,
该时限要求对不同系统千差万别.高能粒子甄别系
统的甄别处理要求在微秒或纳秒级时间内完成;而实
时数据库查询系统仅要求在用户键人请求后几秒内
得到查询结果.所以设计实时系统之初,应该明确目
标系统的实时要求是秒级的,还是毫秒,微秒级的,避
免盲目追求高速度,造成浪费.
实时系统通常分为硬实时和软实时系统.前者
意味着存在必须满足的时间限制,而后者意味着偶尔
超过时间限制是可以容忍的.
实时操作系统是基于计算机的,是管理计算机硬
件资源并提供人机命令或编程接口的系统,它能在固
定的时间内对一个或多个由外设发出的信号做出适
当的反应.与普通(分时)操作系统不同,实时操作系
统强调了系统对外部异步事件响应时间的确定性,这
已经逐渐接近嵌人式系统的设计思想了.
实时操作系统和分时操作系统的另一个重要区
别在于二者的任务调度方式不同.
常见的分时调度算法有时间片轮转调度,优先级
调度,多重队列,最短作业优先,保证调度算法以及彩
票调度算法.这里不详细描述这些算法.
实时调度算法主要有三种,比较经典的是事件发
生率单调算法(Liu和Layland, 1993).该算法事先
为每个任务分配一个与事件发生频率成正比的优先
级,调度程序总是调度优先级最高的就绪任务,必要
时将剥夺当前任务的CPU使用权,让高优先级的任
务先运行.这种算法被证明是最优的,也是为大部分
实时内核所采用的调度方式.
另一种流行的实时调度算法是最早截止优先算
法.当一个事件发生时,对应的任务被加到就绪队列
中,该队列按照截止期限排序,截止期限最短的优先
级最高.对周期性事件,截止时间即为事件下次发生
的时间.
第三种算法首先计算各任务的富裕时间,称作裕
度(laxity).如果一个任务需要运行200ms,而它必
须在250ms内完成,则其裕度为50ms.该算法称为
最少裕度法,即选择裕度最少的任务.
尽管通过这三种算法中的任何一个都可以将分
时操作系统转化为实时操作系统,但实际上,由于前
者的任务切换时间太长,实时性能都比较低,所以实
时系统一般都采用专用的实时操作系统.这些实时
操作系统的主要特征有:
.规模小,
中断被屏蔽的时间很短;
中断处理时间短;
.任务切换很快.
常见的实时操作系统有VxWorks, VRTX/OS,
pSOS+,RTMX,OS/9和Lynx OS等等.

实时操作系统是计算机中的一种重要系统软件。与通用平台操作系统不同，RTOS往往嵌入到机器或设备内部运行，一般用户无法看到它的运行界面，因而又被称为嵌入式操作系统。