一種改進(jìn)的細(xì)化Linux時(shí)鐘粒度的方法研究.pdf

1、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是近年來(lái)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，與常見(jiàn)的通用操作系統(tǒng)相比，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)在于系統(tǒng)的正確性不僅依賴于邏輯的正確性，還取決于輸出結(jié)果的及時(shí)性。目前的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于國(guó)防、工業(yè)自動(dòng)控制、通信等領(lǐng)域。現(xiàn)在的應(yīng)用對(duì)時(shí)間提出了更高的要求，需要有能夠滿足實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)作為應(yīng)用的支撐。隨著開(kāi)源項(xiàng)目的興起，作為其典型代表的Linux得到了迅速普及和發(fā)展。由于全世界各地的Linux用戶和開(kāi)發(fā)者的不斷努力，Linux已成長(zhǎng)為穩(wěn)定的、性能優(yōu)異的

2、操作系統(tǒng)。但Linux只是作為一個(gè)通用分時(shí)操作系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的，其設(shè)計(jì)目標(biāo)追求的是公平性和系統(tǒng)吞吐量，和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的目標(biāo)存在巨大差距。由于Linux自身的特點(diǎn)，基于Linux開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)的、高效廉價(jià)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是完全可行的，如何增強(qiáng)Linux的實(shí)時(shí)性是目前實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)研究的一個(gè)重點(diǎn)。 自Linux2.6內(nèi)核2003年底發(fā)布以來(lái)，已經(jīng)被大量測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用證明其是一個(gè)高效穩(wěn)定的內(nèi)核。相比2.4內(nèi)核，2.6采用了一些新技術(shù)使得實(shí)時(shí)

3、性有了很大提高，如可搶占式內(nèi)核、新的調(diào)度算法等。盡管實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者可以從這些改變中受益，Linux 2.6仍然不是一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核。然而，這些以及其他相關(guān)的背景工作使得將Linux轉(zhuǎn)變?yōu)镽TOS成為可能。因此需要對(duì)Linux2.6內(nèi)核進(jìn)行實(shí)時(shí)化改造，進(jìn)一步提高實(shí)時(shí)性。 從得到Linux2.6內(nèi)核及發(fā)型版本Fedora后，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月深入的分析，最后決定從Linux的時(shí)鐘系統(tǒng)著手，通過(guò)分析找出其在實(shí)時(shí)性方面的不足，加以改進(jìn)，提高系

4、統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，達(dá)到實(shí)時(shí)化的目的。在上述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)原時(shí)鐘系統(tǒng)的修改，本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有較高軟實(shí)時(shí)性的Linux內(nèi)核，其中重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)與原時(shí)鐘系統(tǒng)共存的精密時(shí)鐘系統(tǒng)，以支持具有強(qiáng)實(shí)時(shí)要求的應(yīng)用。修改后的內(nèi)核在PC機(jī)上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中始終能夠及時(shí)響應(yīng)時(shí)間精度為微秒的應(yīng)用，取得了良好的效果。 本文給出了完整的修改Linux內(nèi)核時(shí)鐘系統(tǒng)的方法。涵蓋了常見(jiàn)的Linux實(shí)時(shí)化對(duì)時(shí)鐘的處理過(guò)程，同時(shí)提出了采用雙時(shí)鐘系統(tǒng)以提高Li