分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　分時(shí)操作系統(tǒng)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之間的聯(lián)系和區(qū)別你知道是什么嗎?下面由學(xué)習(xí)啦小編為大家整理了分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，希望對(duì)大家有幫助!

　　一、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　1.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)定義

　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，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(shí)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(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。因而，提供及時(shí)響應(yīng)和高可靠性是其主要特點(diǎn)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)之分，硬實(shí)時(shí)要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)保證的;軟實(shí)時(shí)則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是保證在一定時(shí)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(jī)器人能獲取某個(gè)物體而設(shè)計(jì)一個(gè)操作系統(tǒng)。在“硬”實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，如果不能在允許時(shí)間內(nèi)完成使物體可達(dá)的計(jì)算，操作系統(tǒng)將因錯(cuò)誤結(jié)束。在“軟”實(shí)時(shí)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(huì)因產(chǎn)品不能在允許時(shí)間內(nèi)到達(dá)而減慢，這使機(jī)器人有短暫的不生產(chǎn)現(xiàn)象。一些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是為特定的應(yīng)用設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征。這就是說，即使一個(gè)操作系統(tǒng)不是嚴(yán)格的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它們也能解決一部分實(shí)時(shí)應(yīng)用問題。

　　2.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特征

　　1)多任務(wù);

　　2)有線程優(yōu)先級(jí)

　　3)多種中斷級(jí)別

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

　　3.實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)體;

　　共享資源：可以被一個(gè)以上任務(wù)使用的資源;

　　任務(wù)：也稱作一個(gè)線程，是一個(gè)簡(jiǎn)單的程序。每個(gè)任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，有它自己的一套CPU寄存器和自己的?？臻g。典型地，每個(gè)任務(wù)都是一個(gè)無限的循環(huán)，每個(gè)任務(wù)都處在以下五個(gè)狀態(tài)下：休眠態(tài)，就緒態(tài)，運(yùn)行態(tài)，掛起態(tài)，被中斷態(tài);

　　任務(wù)切換：將正在運(yùn)行任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)(CPU寄存器中的全部?jī)?nèi)容)保存在任務(wù)自己的棧區(qū)，然后把下一個(gè)將要運(yùn)行的任務(wù)的當(dāng)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(gè)任務(wù)的運(yùn)行;

　　內(nèi)核：負(fù)責(zé)管理各個(gè)任務(wù)，為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，并負(fù)責(zé)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(zé)之一，決定輪到哪個(gè)任務(wù)運(yùn)行。一般基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度法;

　　(2)關(guān)于優(yōu)先級(jí)的問題

　　任務(wù)優(yōu)先級(jí)：分為優(yōu)先級(jí)不可改變的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)和優(yōu)先級(jí)可改變的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí);

　　優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)：優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問題是實(shí)時(shí)系統(tǒng)中出現(xiàn)最多的問題。共享資源的分配可導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)先運(yùn)行，優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)后運(yùn)行。解決的辦法是使用“優(yōu)先級(jí)繼承”算法來臨時(shí)改變?nèi)蝿?wù)優(yōu)先級(jí)，以遏制優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。

　　(3)互斥

　　雖然共享數(shù)據(jù)區(qū)簡(jiǎn)化了任務(wù)之間的信息交換，但是必須保證每個(gè)任務(wù)在處理共享共享數(shù)據(jù)時(shí)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(cè)試并置位指令(TAS)，禁止做任務(wù)切換，利用信號(hào)量。

　　因?yàn)椴捎脤?shí)時(shí)操作系統(tǒng)的意義就在于能夠及時(shí)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的最主要、最具有代表性的性能指標(biāo)參數(shù)無疑應(yīng)該是中斷響應(yīng)時(shí)間了。中斷響應(yīng)時(shí)間通常被定義為：

　　中斷響應(yīng)時(shí)間=中斷延遲時(shí)間+保存CPU狀態(tài)的時(shí)間+該內(nèi)核的ISR進(jìn)入函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間[2]。

　　中斷延遲時(shí)間=MAX(關(guān)中斷的最長(zhǎng)時(shí)間，最長(zhǎng)指令時(shí)間) + 開始執(zhí)行ISR的第一條指令的時(shí)間[2]。

　　二、分時(shí)操作系統(tǒng)

　　1.分時(shí)操作系統(tǒng)定義

　　使一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)為幾個(gè)、幾十個(gè)甚至幾百個(gè)用戶服務(wù)的一種操作系統(tǒng)。把計(jì)算機(jī)與許多終端用戶連接起來，分時(shí)操作系統(tǒng)將系統(tǒng)處理機(jī)時(shí)間與內(nèi)存空間按一定的時(shí)間間隔，輪流地切換給各終端用戶的程序使用。由于時(shí)間間隔很短，每個(gè)用戶的感覺就像他獨(dú)占計(jì)算機(jī)一樣。分時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)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(dòng)態(tài)優(yōu)先的CPU調(diào)度，有力地支持分時(shí)操作。

　　產(chǎn)生分時(shí)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(gè)方面: 人—機(jī)交互 共享主機(jī) 便于用戶上機(jī)

　　2.分時(shí)系統(tǒng)的基本思想

　　時(shí)間片 ：是把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(尤其是 CPU時(shí)間)進(jìn)行時(shí)間上的分割，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片，每個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片。

　　分時(shí)技術(shù)：把處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分為很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流把處理機(jī)分給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用。

　　分時(shí)操作系統(tǒng)：是一種聯(lián)機(jī)的多用戶交互式的操作系統(tǒng)。一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式使一臺(tái)計(jì)算機(jī)為多個(gè)終端服務(wù)。對(duì)每個(gè)用戶能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會(huì)話能力。

　　設(shè)計(jì)目標(biāo)： 對(duì)用戶的請(qǐng)求及時(shí)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(dòng)化、教學(xué)及事務(wù)處理等要求人機(jī)會(huì)話的場(chǎng)合。

　　3.工作方式:

　　一臺(tái)主機(jī)連接了若干個(gè)終端;每個(gè)終端有一個(gè)用戶在使用;交互式地向系統(tǒng)提出命令請(qǐng)求;系統(tǒng)接受每個(gè)用戶的命令;采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請(qǐng)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(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題：及時(shí)接收。及時(shí)處理。

　　4.特征：

　　交互性：用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。

　　多路性：多用戶同時(shí)在各自終端上使用同一CPU。

　　獨(dú)立性：用戶可彼此獨(dú)立操作，互不干擾，互不混淆。

　　及時(shí)性：用戶在短時(shí)間內(nèi)可得到系統(tǒng)的及時(shí)回答。

　　影響響應(yīng)時(shí)間的因素：終端數(shù)目多少、時(shí)間片的大小、信息交換量、信息交換速度。

　　三、應(yīng)用例子

　　分時(shí)——現(xiàn)在流行的PC，服務(wù)器都是采用這種運(yùn)行模式，即把CPU的運(yùn)行分成若干時(shí)間片分別處理不同的運(yùn)算請(qǐng)求

　　實(shí)時(shí)——一般用于單片機(jī)上，比如電梯的上下控制中，對(duì)于按鍵等動(dòng)作要求進(jìn)行實(shí)時(shí)處理