四种实时嵌入式Linux操作系统的对比分析

1、【Word版本下载可任意编辑】 四种实时嵌入式Linux操作系统的对比分析 实时Linux与其它RTOS的比较 本文对四种实时操作系统（RTOS）特性开展分析和比较。它们是：Lynx实时系统公司的LynxOS、QNX软件系统公司的QNX以及两种具有代表性的实时Linux新墨西哥工学院的RTLinux和堪萨斯大学的KURTLinux。 近年来，实时操作系统在多媒体通信、在线事务处理、生产过程控制、交通控制等各个领域得到广泛的应用，因而越来越引起人们的重视。 基本特征概述 QNX是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。它遵循POSIX.1 （程序接口）和POSIX.2 （Shell和工具）

2、、部分遵循POSIX.1b（实时扩展）。它早开发于1980年，到现在已相当成熟。 LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c标准。它早开发于1988年。 RTLinux是一个嵌入式硬实时操作系统，它部分支持POSIX.1b标准。 KURTLinux不是为嵌入式应用设计的，不同于硬（hard）实时软（soft）实时应用，他们提出“严格（firm）”实时应用的概念，如一些多媒体应用和ATM网络应用，KURT是为这样一些应用设计的“严格的”实时系统。 体系构造异同 实时系统的实现多为微内核体系构造，这使得小巧而可靠，易于RO

3、M固化，并可模块化扩展。微内核构造系统中，OS服务模块在独立的地址空间运行，所以，不同模块的内存错误便被隔离开来。但它也有弱点，进程间通信和上下文切换的开销大大增加。相对于大型集成化内核系统来说，它必须靠更多地开展系统调用来完成相同的任务。 QNX是一个微内核实时操作系统，其仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX非常小巧（QNX4.x大约为12Kb）而且运行速度极快。 LynxOS目前还不是一个微内核构造的操作系统，但它计划使用所谓的“Galaxy”技术将其从大型集成化内核改造成微内核，这一

4、技术将在LynxOS 3.0中引入。新的28Kb微内核提供以下服务：启动和停止、底层内存管理、出错处理、中断处理、多任务、底层同步和互斥支持。 RTLinux实现了一个小的实时，仅支持底层任务创立、中断服务例程的装入、底层任务通信队列、中断服务例程（ISR）和Linux进程。原来的非实时Linux作为一个可抢先的任务运行于这个小之上，所有的任务都在地址空间运行。它不同于微内核和大型内核，属于实时EXE （realtime execuTIve）体系构造。其可靠性和可维护性对电信服务系统来说都不够理想。 KURTLinux包括两个部分：内核和实时模块。内核负责实时事件的调度，实时模块为用户进程提供

5、特定的实时服务。它不属于微内核构造。 调度策略分析 任务调度策略是直接影响实时性能的因素。尽管调度算法多种多样，但大多由单调率算法（RM）和早期限优先算法（EDF）变化而来。前者主要用于静态周期任务的调度，后者主要用于动态调度，在不同的系统状态下两种算法各有优劣。在商业产品中采用的实际策略常常是各种因素的折中。 QNX 提供POSIX.1b标准进程调度： 32个进程优先级； 抢占式的、基于优先级的正文切换； 可选调度策略：FIFO、轮转策略、适应性策略。 LynxOS 其调度策略为： LynxOS支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级； 硬实时优先级调度：在每个优先级上实现了轮转调度、定

6、量调度和FIFO调度策略； 快速正文切换和阻塞时间短； 抢占式的RTOS。 RTLinux 在操作系统之下实现了一个简单的实时，Linux本身作为一个可抢占的任务在核内运行，优先级，随时会被高优先级任务抢占。 用户可自行编写调度程序，它们可实现为可加载的模块； 已实现的调度程序有：基于优先级的抢占式调度和EDF调度； 基于优先级的调度使用“单调率算法”，它直接支持周期任务。 KURTLinux 可运行在两种状态之下：通常状态和实时状态。在通常状态下，所有进程都可以运行，但某些服务将带来中断屏蔽的不可预期性。实时模式只允许实时进程运行。 支持FIFO调度策略、轮转调度策略和UNIX分时调度策略；

7、 增加了SCHEDKURT调度策略，这是一种静态调度策略，使用一个特殊的调度文件记录预先定义好的待调度进程的参数。 从以上简单描述可以看出，前三种调度策略实现较规范，特别是两种商业RTOS，遵循或部分遵循POSIX.1b实时调度标准。 操作系统服务比较 QNX的系统服务： 多种资源管理器，包括各种文件系统和设备管理，支持多个文件系统同时运行，包括提供完全POSIX.1及UNIX语法的POSIX文件系统，支持多种闪存设备的嵌入式文件系统，支持对多种文件服务器（如Windows NT/95、LAN Manager等）的透明访问的SMB文件系统、DOS文件系统、CDROM文件系统等。 设备管理。在进

8、程和终端设备间提供大吞吐量、低开销接口服务。 图形窗口支持。包括QNX Windows、X Window System for QNX、对MS Windows NT/95和X Window系统的远程图形连接。 TCP/IP for QNX。 高性能、容错型QNX网络FLEET，使得所有连入网络的计算机变成一个逻辑上的超级计算机。 透明的分布式处理。FLEET网络处理与消息传递和进程管理原语的集成，将本地和网络IPC统一起来，使得网络对IPC而言是透明的。 LynxOS的系统服务： 网络和通信。由于使用UNIX/POSIX API，Lynx很适合于数据通信和Internet应用。又由于系统的开放

9、性，网络软件很容易移植到Lynx上。同样，Lynx亦提供关键的电话通信协议，使之适用于电信系统的根底架构、操作和多媒体应用。 TCP/IP协议栈。Lynx自带优化的TCP/IP协议栈，提供高性能服务，如TCP头预测、路由算法、IP级多址广播和链路级高速缓冲。 Internet工具。包括，Telnet、Ftp、tftp、PPP、SLIP、实时调度的嵌入式Java虚拟机、嵌入式HTTP server、bootp、ARP/RARP、DNS域名服务、电子邮件、Perl、电话通信协议等。 SVR3流。LynxOS流机制为开发和移植基于流的驱动程序和应用提供了支持。 文件系统。实时的类UNIX层次构造文件

10、系统：连续构造文件、带缓冲不带缓冲、原始分区和原始设备访问。 基于MoTIf的图形用户接口。 分布式计算资源。SCMP与VME总线上的多处理结合，PCI桥服务、CompactPCI Hotswap Services、Lynx/HADDS分布式数据系统。 Linux的系统服务： 近来，很多基于Linux的实时应用被开发出来，它具有成熟和丰富的资源。 UNIX用户的开发工具和应用软件都被移植到Linux上。 TCP/IP网络协议。 各种Internet客户/服务端软件。 X Window。 C/C、Java等语言编译器。 上述系统的共同点是都提供了图形界面、各种网络支持等必要工具。QNX是一个更加

11、符合传统“分布式”概念的操作系统，目标是把整个局域网变成一个大的超级计算机，使得网络的存在对用户透明，文件系统提供的服务也很丰富。但是，分布式的程度越高也意味着系统开销的增大。LynxOS则着意于提供丰富的网络服务，而Linux的优势则是经济，还可以通过新闻组或mailing list快速地解决用户碰到的任何问题。 系统开放性比照 对于很多大、中型系统来说，大多数软件都是为UNIX平台编写的，因此RTOS是否提供POSIX/UNIX API就显得很重要。 QNX的开放性： QNX的POSIX兼容性和其提供的UNIX特色的编译器、调试器、X Window和TCP/IP都是UNIX程序员所熟悉的。

12、 支持多种CPU：AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix MediaGX、x86处理器（386以上）、PenTIum系列、STMicroelectronics 的STPC。 多种总线：CompactPCI、EISA、ISA 、MPE （RadiSys）、STD、STD 32、PC/104、PC/104Plus、PCI、PCMCIA、VESA、VME。 各种外设：多种SCSI设备、IDE/EIDE驱动器、10M/100M以太网卡、Token Ring网卡、FDDI接口卡、多种PCMCIA设备、闪存、声卡等等。 LynxOS的开放性： POSIX.1a、1b、1c及BSD4.4等兼容性，使得遵循POSIX 1003或用于UNIX的程序很容易移植到LynxOS上。 支持多种CPU主板：包括CompactPCI（6U/3U）和标准PCI、VME/Eurobus、