32、Linux 实时系统编程全解析

Linux 实时系统编程全解析

1. 调度算法概述

在实时系统中，调度算法起着至关重要的作用。常见的调度算法有轮询（Round Robin，RR）调度和先进先出（FIFO）调度。

RR 调度与 FIFO 调度类似，但任务会运行一段固定时间后自动移到队列尾部。不过，这两种调度方法都可能导致部分任务长时间运行，使其他进程缺乏执行时间。对于实时系统而言，这种资源分配不均有时是确保可预测性所必需的。

FIFO 调度的不可预测性源于任务未能正确释放资源，从而阻碍其他任务运行。而若不释放资源的是实时任务，该过程则更具可预测性。RR 调度会将时间均匀分配给系统中的所有进程，但随着任务增多，单个任务分配到的时间减少，调度的可预测性也随之降低。需要注意的是，调度器并非使代码实现实时性的万能解决方案。

调度还涉及调度延迟或上下文切换时间，即系统做出调度决策所需的时间。理想情况下，无论系统中运行多少线程，调度器所需时间应保持恒定。2.6 内核中的所有调度器大致符合这一特性，在计算机科学领域被称为 O(1)。

2. Linux 实时系统的实现

为使 Linux 成为软实时系统，人们付出了大量努力。当前的 CONFIG_PREEMPT_RT 补丁项目（可在 http://rt.wiki.kernel.org 获取）便是这一工作的体现。该项目最初致力于通过提高 Linux 内核的可抢占性来降低延迟。

早期 Linux 内核移植到多处理器系统时，为解决竞争条件，采用了大内核锁（Big Kernel Lock，BKL）。这导致内核整体串行化，部分代码可能等待并非被锁占用的资源。此外，BKL 是自旋锁，请求锁的代码会进入循环等待，