41、实时内核要求与 Linux 实时路径解析

实时内核要求与 Linux 实时路径解析

1. 实时内核的常见要求

实时意味着能够及时且正确地处理外部事件，一个软件系统若要被认定为实时系统，需满足一些详细要求，以下是几个关键方面：
- 细粒度可抢占内核
- 抢占粒度与调度延迟 ：实时内核需尽快从低优先级上下文切换到高优先级任务，此切换时间为抢占粒度，等待重新调度的最长时间为最坏情况下的调度延迟。早期 Linux 2.4 系列，新任务只能在内核上下文退出时调度，而 Robert Love 提出的可抢占内核支持在 Linux 2.6 成为标准特性，平均抢占性有显著提升。
- 存在的问题 ：但只要系统中有任务持有独占资源，内核抢占就会全局禁用，导致最坏情况下的延迟仍无法满足硬实时要求。可用交通类比说明，一个城市的单个交通灯（抢占禁用锁）会因一处交叉路口（独占资源）而阻挡所有车辆（任务）。解决办法是让每个独占资源的获取和释放相互独立，这也是 PREEMPT_RT 努力的方向。
- 严格执行任务优先级
- 优先级反转问题 ：即便有细粒度可抢占内核，被抢占的低优先级任务可能长时间持有独占资源，导致请求同一资源的高优先级任务严重延迟，即优先级反转。Linux 内核中独占资源广泛分布，遇到优先级反转的概率较高。
- 解决方法 ：需采用特定操作系统技术，如优先级继承或优先级上限（http://lwn.net/Articles/178253/），确保反转时间短且有界，甚至不发生。
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