RTOS和GPOS的区别

相似的功能

• 多任务级别
• 软件和硬件资源管理
• 为应用提供基本的OS服务
• 从软件应用抽象硬件

RTOS分离出的功能

• 更好的上下文可靠性
• 满足应用需要的剪裁能力
• 更快
• 减少内存需求
• 为实时嵌入式系统提供可剪裁的调度策略
• 支持无盘化嵌入式系统，允许从ROM或RAM上引导和运行
• 对不同硬件平台具有更好的移植性

实时操作系统（RTOS）

RTOS的特征

• 可靠性
• 可预测性、确定性
• 性能
• 可压缩性
• 可扩展性

RTOS的核心组成是任务。其中并不像常见操作系统一样有主循环，而是根据任务的优先级调度任务，其使用调度器来维护各个任务的状态与任务调度。

实时系统

实时系统是指计算的正确性不仅依赖程序逻辑，也依赖结果产生的时间。如果在不正确的时间得到结果，那么也是错误的。

实时系统的度量：

• 确定性：如果一个系统始终会为某个已知输入产生相同输出，则系统是确定性的。非确定性系统的输出具有随机变化的特征
• 截止时限：指明任务计算何时必须结束
• 服务质量（QoS）：网络的整体性能，包括带宽、吞吐量、可用性、抖动、延迟和错误率等
• 到达时刻：任务实例所属任务的起始时刻
• 释放时刻：任务实例被置为就绪态的时刻

实时性分类：

• 硬实时：任务有严格截止时间，超过了就是系统失败。例如飞机传感器、自动驾驶系统等
• 软实时：如果错过了某个截止时间不会认为任务系统失败，但系统可能会降低服务质量来提高响应能力。例如音视频娱乐传输等
• 准实时：错过了截止时间的信息和计算会被丢弃，不会认为任务系统失败，但系统可能会降低服务质量。例如财务预测系统、机器人装配线等

任务的分类：

• 周期任务：一定周期达到就请求运行。每次请求称为任务的一个任务实例。
• 偶发任务：到达时刻不是严格周期到达，但相邻任务实例的到达时刻一定有一个最小间隔。因此常被当做周期任务处理。
• 非周期任务：随机到达系统的任务。

进程的执行时间Ti一般指无抢占下的执行时间，有秒、时钟周期等单位。会考虑最差和最好情况。执行时间由以下来源产生：

• 数据依赖（IO）
• 内存系统
• CPU流水线

CPU利用率：CPU进行有用工作的时间比例，一般不考虑调度开销

进程调度

进程的三个状态：执行态、就绪态、等待态

嵌入式调度和一般调度的区别：

• 一般调度会保证每个进程被执行的公平性
• 嵌入式调度需要完成所有限时，低优先级的任务可能会长时间等待。

操作系统需要维护进程优先级、调度状态、进程上下文记录，在系统启动前或执行中创建新的进程。

当下调度策略的考量：

• 抢占 vs 非抢占
• 周期性 vs 非周期性任务
• 固定优先级 vs 动态优先级
• 优先级反转问题
• 其他调度问题

调度策略的度量：

• 满足所有时限的能力
• CPU利用率
• 调度开销
• 延迟
• 完成总时间

抢占式调度

每个线程都有优先级。在任何时间，可用的最高优先级线程会被调度。当任何线程的优先级或可用状态改变，内核可以分派新的线程执行。