41、实时Linux内核的要求与实现路径

实时Linux内核的要求与实现路径

实时内核的常见要求

实时意味着能够及时且恰当地处理外部事件，一个软件系统若要被认定为实时系统，需满足以下详细要求。

细粒度可抢占内核

实时行为要求系统能够尽早且正确地响应内外部事件，这就要求实时内核能尽快从低优先级任务切换到需要关注的高优先级任务。这个切换所需的时间被称为抢占粒度，而等待重新调度发生的最长时间则定义了内核的最坏情况调度延迟。

Linux 2.4 系列的不同补丁已经着手解决这个问题，它们在内核代码中引入了任务调度的机会。此前，新任务只能在内核上下文退出时才能被调度，也就是说，只要内核在处理系统调用或用户空间请求所需的活动，就不会停下来让新任务运行。

Robert Love 在 Montavista 时提出的可抢占内核支持是最著名的可抢占内核实现方法之一。该方法在 Linux 2.5 开发阶段被合并到主线内核，如今已成为 Linux 2.6 的标准特性，平均而言，它显著提高了内核的可抢占性。

然而，任务之间的并发性能仍不理想。只要系统中的任何任务持有独占资源，即使没有其他任务会竞争该资源，内核抢占仍会全局禁用。因此，只有平均延迟有所改善，最坏情况延迟仍然无法满足硬实时要求。

可以用一个交通类比来说明这种方法的局限性。想象一个荒谬的场景：整个城市（Linux 内核）只有一个交通信号灯（抢占禁用锁），每当有一辆车（任务）通过城市中的任何一个十字路口（独占资源）时，所有车辆都会被阻挡。解决这个限制的方法是让每个独占资源的获取和释放真正相互独立，这也是 PREEMPT_RT 努力的一个基本方面。

严格执行任务优先级