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　　1 引言

　　分析了Linux的實時性，針對其在實時應用中的技術障礙，在參考了與此相關研究基礎上，從三方面提出了改善Linux實時性能的改進措施。為提高嵌入式應用響應時間精度,提出兩種細化Linux時鐘粒度方法;為增強系統內核對實時任務的響應能力,采用插入搶占點和修改內核法增強Linux內核的可搶占性;為保證硬實時任務的時限要求，把原Linux的單運行隊列改為雙運行隊列,硬實時任務單獨被放在一個隊列中,并采用MLF調度算法代替原內核的FIFO調度算法。本文分析了標準Linux在實時應用中的技術障礙，參考了修改核方法的思想，從內核時鐘管理、內核的搶占性、內核調度算法三方面論述了改善標準Linux實時性能的方法。

　　2 Linux 在實時應用中的技術障礙

　　2.1 Linux的實時性分析

　　Linux作為一個通用操作系統，主要考慮的是調度的公平性和吞吐量等指標。然而，在實時方面它還不能很好地滿足實時系統方面的需要，其本身僅僅提供了一些實時處理的支持，這包括支持大部分POSIX標準中的實時功能，支持多任務、多線程，具有豐富的通信機制等;同時也提供了符合POSIX標準的調度策略，包括FIFO調度策略、時間片輪轉調度策略和靜態優先級搶占式調度策略。Linux區分實時進程和普通進程，并采用不同的調度策略。

　　為了同時支持實時和非實時兩種進程，Linux的調度策略簡單講就是優先級加上時間片。當系統中有實時進程到來時，系統賦予它最高的優先級。體現在實時性上，Linux采用了兩種簡單的調度策略，即先來先服務調度(SCHED-FIFO)和時間片輪轉調度(SCHED-RR)。具體是將所有處于運行狀態的任務掛接在一個run-queue 隊列中,并將任務分成實時和非實時任務，對不同的任務，在其任務控制塊task-struct中用一個policy屬性來確定其調度策略。對實時性要求較嚴的硬實時任務采用SCHED-FIFO調度，使之在一次調度后運行完畢。對普通非實時進程，Linux采用基于優先級的輪轉策略。

　　2.2 Linux在實時應用中的技術障礙

　　盡管Linux本身提供了一些支持實時性的機制，然而，由于Linux系統是以高的吞吐量和公平性為追求目標，基本上沒有考慮實時應用所要滿足的時間約束，它只是提供了一些相對簡單的任務調度策略。因此，實時性問題是將Linux應用于嵌入式系統開發的一大障礙,無法在硬實時系統中得到應用。 Linux在實時應用中的技術障礙具體表現在:

　　(1)Linux系統時鐘精度太過粗糙，時鐘中斷周期為10ms，使得其時間粒度過大，加大了任務響應延遲。

　　(2) Linux的內核是不可搶占的, 當一個任務通過系統調用進入內核態運行時,一個具有更高優先級的進程，只有等待處于核心態的系統調用返回后方能執行，這將導致優先級逆轉。實時任務執行時間的不確定性，顯然不能滿足硬實時應用的要求。

　　(3) Linux采用對臨界區操作時屏蔽中斷的方式，在中斷處理中是不允許進行任務調度的，從而抑制了系統及時響應外部操作的能力。

　　(4) 缺乏有效的實時任務調度機制和調度算法。

　　針對這些問題，利用Linux作為底層操作系統，必須增強其內核的實時性能，從而構建出一個具有實時處理能力的嵌入式系統，適應嵌入式領域應用的需要。