Linuxとrtosの違いは何ですか

Linux と rtos の違い: rtos は、指定された時間内に迅速に応答できるリアルタイム オペレーティング システム、マルチタスク、スレッド優先度、および複数の割り込みレベルのシステムです。一方、linux は時間内に応答することができます。共有操作 システムは複数のユーザーが使用できるオペレーティング システムであり、カーネルを構成することで Linux をリアルタイム システムに変更することもできます。

#このチュートリアルの動作環境: linux7.3 システム、Dell G3 コンピューター。

Linux と rtos の違いは何ですか

RTOS はリアルタイム オペレーティング システムです。Linux はタイムシェアリング システムですが、リアルタイム オペレーティング システムに変更できます。カーネルを構成することによりシステムを構築します。

リアルタイム オペレーティング システム

英語名は、リアルタイム オペレーティング システム (略して RTOS) です。

1. リアルタイム オペレーティング システムの定義

リアルタイム オペレーティング システム (RTOS) は、十分な速度でデータを受け入れて処理できるシステムを指します。外部イベントまたはデータが生成されると、処理結果によって生産プロセスを制御したり、指定された時間内に処理システムに迅速に応答したり、すべてのリアルタイム タスクが協調して実行されるオペレーティング システムを制御したりできます。そのため、タイムリーな対応と高い信頼性が特長です。リアルタイム オペレーティング システムは、ハード リアルタイムとソフト リアルタイムに分けられます。ハード リアルタイムでは、指定された時間内に操作が完了する必要があり、これはオペレーティング システムの設計時に保証されます。ソフト リアルタイムのみです。タスクの優先順位に従って、できるだけ早く操作を完了する必要があります。私たちが通常使用しているオペレーティング システムは、特定の変更を加えるとリアルタイム オペレーティング システムになることがあります。

リアルタイム オペレーティング システムは、特定の制限時間内に特定の機能が完了することを保証するオペレーティング システムです。たとえば、オペレーティング システムは、生産ライン上のロボットがオブジェクトにアクセスできるように設計できます。 「ハード」リアルタイム オペレーティング システムでは、オブジェクトに到達可能にするための計算が許容時間内に完了できない場合、オペレーティング システムはエラーで終了します。 「ソフト」リアルタイム オペレーティング システムでは、生産ラインは引き続き動作しますが、製品が許容時間内に到着できないため、製品の生産が遅くなり、ロボットの稼働時間が短くなります。非生産。リアルタイム オペレーティング システムには、特定のアプリケーション向けに設計されたものと、汎用のものがあります。一部の汎用オペレーティング システムは、自らをリアルタイム オペレーティング システムと呼んでいます。しかし、Microsoft の Windows NT や IBM の OS/390 など、ほとんどの汎用オペレーティング システムにはある程度、リアルタイム システム特性があります。つまり、オペレーティング システムが厳密にはリアルタイム システムではない場合でも、リアルタイム アプリケーションの問題の一部を解決できます。

2. リアルタイム オペレーティング システムの特性

1) マルチタスク、

2) スレッドの優先順位

3 ) 複数の割り込みレベル

小規模な組み込みオペレーティング システムでは、多くの場合、リアルタイム オペレーティング システムが必要であり、カーネルはリアルタイム オペレーティング システムの要件を満たしている必要があります。

3. リアルタイムオペレーティングシステムの関連概念

(1) 基本概念

コードクリティカルセクション：分割不可能なコードを指します。処理中。コードのこの部分の実行が開始されると、割り込みは許可されません;

リソース: タスクによって占有される任意のエンティティ;

共有リソース: 複数のタスクによって使用できるリソース。

タスク: スレッドとも呼ばれる、単純なプログラムです。各タスクには特定の優先順位が与えられ、独自の CPU レジスタ セットと独自のスタック スペースを持ちます。通常、各タスクは無限ループであり、各タスクはスリープ状態、準備完了状態、実行中状態、一時停止状態、中断状態の 5 つの状態にあります;

タスク切り替え : 現在のタスクの状態を保存します。実行中のタスク (CPU レジスタのすべての内容) をタスク自身のスタック領域に格納し、次に実行する次のタスクの現在のステータスをタスクのスタックから CPU のレジスタにリロードして、次のタスクの実行を開始します。

# カーネル: 各タスクの管理、各タスクへの CPU 時間の割り当て、およびタスク間の通信を担当します。非プリエンプティブル コアとプリエンプティブル コアに分割;

スケジューリング: カーネルの主な役割の 1 つは、どのタスクを実行するかを決定することです。一般的には優先度スケジューリング方式に基づく；

(2) 優先度に関する問題点

タスクの優先度：優先度を変更できない静的優先度と、優先度を変更できる動的優先度に分けられる；

優先順位の逆転: 優先順位の逆転の問題は、リアルタイム システムで最も一般的な問題です。共有リソースを割り当てると、優先度の低いタスクが最初に実行され、優先度の高いタスクが後で実行されることがあります。解決策は、「優先順位継承」アルゴリズムを使用してタスクの優先順位を一時的に変更し、優先順位の逆転を抑えることです。

(3) 相互排除

共有データ領域はタスク間の情報交換を容易にしますが、共有データを処理する際には各タスクの排他性を保証する必要があります。相互排他条件を満たす一般的な方法としては、割り込みをオフにする、テスト アンド セット命令 (TAS) を使用する、タスク切り替えを禁止する、セマフォを使用するなどがあります。

リアルタイム OS を使用する意義は、さまざまな予期せぬイベントにタイムリーに処理できること、つまり、パフォーマンスを測定するための最も重要かつ代表的な性能指標パラメータであるさまざまな割り込みを処理できることです。組み込みリアルタイム オペレーティング システムでは、間違いなく割り込み応答時間になるはずです。割り込み応答時間は通常、次のように定義されます:

割り込み応答時間 = 割り込み遅延時間、CPU 状態を保存する時間、関数に入るカーネルの ISR の実行時間 [2]。

割り込み遅延時間 = MAX (割り込みをオフにする最大時間、最大命令時間) ISR [2] の最初の命令の実行を開始する時間。

タイムシェアリング オペレーティング システム

英語: タイムシェアリング オペレーティング システム

定義: コンピューターを複数、数十、または 1 つのオペレーティング システムにサービスさせる何百人ものユーザーにサービスを提供しています。コンピュータを多くのエンド ユーザーに接続することにより、タイムシェアリング オペレーティング システムは、システムのプロセッサ時間とメモリ領域を一定の間隔で各エンド ユーザーのプログラムに順番に切り替えます。時間間隔が短いため、各ユーザーはコンピューターを独り占めしているように感じます。タイムシェアリング オペレーティング システムの特徴は、リソースの使用率を効果的に高めることができることです。たとえば、UNIX システムは、タイムシェアリング操作を効果的にサポートするために、剥奪された動的優先順位 CPU スケジューリングを使用します。

タイムシェアリングシステムは、ユーザーのニーズに応えて誕生した新しいタイプのOSです。多チャネルバッチ処理システムとは性能差が全く異なります。ユーザーのニーズは、具体的には次の側面に反映されます。 人間とコンピューターのインタラクション 共有ホストにより、ユーザーはコンピューターにアクセスしやすくなります。

# タイムシェアリング システムの基本的な考え方

# タイム スライス: コンピュータのシステム リソース (特に CPU 時間) を時間で分割し、各期間をタイム スライスと呼び、各ユーザーが交代でタイム スライスを使用します。

タイムシェアリング テクノロジ: プロセッサの実行時間を非常に短いタイム スライスに分割し、タイム スライスに従ってプロセッサを各オンライン ジョブに順番に割り当てます。

タイムシェアリング オペレーティング システム: オンラインのマルチユーザー対話型オペレーティング システムです。一般に、タイム スライス ローテーションは、1 台のコンピュータが複数の端末にサービスを提供できるようにするために使用されます。各ユーザーに対して十分に速い応答時間を確保し、インタラクティブなセッション機能を提供します。

設計目標: ユーザーのリクエストにタイムリーに応答し、可能な限りシステム リソースの使用率を最大化します。

動作方法:

ホストは複数の端末に接続されます。各端末はユーザーによって使用されます。システムに対して対話的にコマンド要求を行います。システムは各ユーザーからのコマンドを受け取ります。タイム スライスローテーション メソッドは、サービス リクエストの処理に使用されます。結果は、対話を通じて端末上のユーザーに表示されます。ユーザーは、前のステップの結果に基づいて次のコマンドを発行します。

時間の実装における重要な問題共有システム: タイムリーな受付。速やかに対処してください。

機能:

対話性: ユーザーは、システムと人間とコンピューターの対話を行います。

マルチパス: 複数のユーザーがそれぞれの端末で同じ CPU を同時に使用します。

独立性: ユーザーは、互いに干渉したり混乱したりすることなく、互いに独立して操作できます。

適時性: ユーザーはシステムから短時間でタイムリーな回答を得ることができます。

応答時間に影響する要因: 端末の数、タイム スライスのサイズ、情報交換の量、および情報交換の速度。

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