大家好，我是极客范的本期栏目编辑小友，现在为大家讲解Linux转换为实时操作系统问题。
作为嵌入式系统开发的解决方案，Linux在众多通用操作系统中具有独特的优势。
首先，Windows、Solaris等专有商业操作系统的剪裁是由商家严格控制的。这极大地限制了开发人员的剪辑深度。Linux遵循GPL协议，开放所有系统源代码，非常容易裁剪。
其次，与其他开源通用操作系统(如FreeBSD)相比，Linux在支持多处理器、开发板和软件开发工具方面具有很强的优势。
Linux最初是作为通用操作系统设计和开发的，但它提供了一些实时处理支持。这包括支持大多数POSIX标准中的实时功能、多任务、多线程、丰富的通信机制等等。
Linux还提供了符合POSIX标准的调度策略，包括FIFO调度策略、时间片轮转调度策略和静态优先级抢占调度策略。它默认的调度策略是第三种。Linux还提供了内存锁功能，防止内存页面在实时处理中被换出，还提供了符合POSIX标准的实时信令机制。
一个致命的问题是，Linux在用户模式下支持抢占式调度策略，但在内核模式下不支持抢占式调度策略。这样，在Linux内核模式下运行的任务(或系统调用)就不能被其他优先级更高的任务抢占，会造成优先级反转的问题。此外，Linux操作系统的中断处理句柄是非调度的，不能根据优先级进行调度。然而，在实时系统中，希望中断处理句柄像实时任务一样，可以具有由系统调度器调度的优先级。
此外，我们还关注与任务响应时间相关的时钟精度，以及资源共享带来的优先级反转问题。Linux中硬件时钟中断的默认时间间隔为10ms，所有软件时钟都由硬件触发。但是简单的同步机制(互斥)不支持优先级继承，很可能导致优先级反转。
独立核方法
Linux作为实时系统的独立内核方法是指设计一个完全独立的实时内核，但其API与Linux内核兼容。这种方法的理论基础是一个优秀的实时操作系统在设计之初必须充分考虑系统的实时性要求，并且能够提供标准的API。这种实现方法对于许多与POSIX兼容的专有实时系统提供商来说非常有吸引力。
这种方法的局限性在于没有使用原有的Linux内核就设计了一个完全独立的实时内核，使得很难继承Linux系统的一些优点，尤其是与Linux内核相关的一些优点。比如Linux内核对大量硬件的广泛支持，Linux内核优越的可靠性和稳定性等。另外，由于这种方法不是通过修改Linux内核代码来开发实时内核，而是在Linux系统上重新设计一个实时内核，这样的开发不需要开源代码。因此，基于开源的Linux的一些优势必然会被破坏。最后，任何基于Linux内核的开发成果都不能轻易应用于实时内核。
当然，这种实现方式也从Linux系统中获得了很多好处。由于Linux系统的支持，实时内核不需要“真正”实现。而且，熟悉Linux系统的开发人员可以很快熟悉用这种方法开发的实时系统。人们自然会想到用Linux系统作为嵌入式系统的开发平台。另外，如果这个实时系统的API是Linux系统API的子集，我们只能在Linux主机上模拟开发调试应用程序，免去了远程调试的痛苦！
与Linux API的兼容性是评价这类实时系统的重要指标。如果一个实时系统兼容所有的Linux API，那么Linux上的所有应用和库都允许在其上运行。因此，这将带来巨大的好处，Linux上所有可用的第三方软件都可以在上面使用。当然，开发这样一个兼容所有Linux API的实时系统绝不是一件容易的事情，尤其是对于一个开发人员来说。
因此大量第三方软件无法轻易移植到实时系统中，这是不足的，大大降低了Linux的优势！
作为嵌入式系统开发的解决方案，Linux在众多通用操作系统中具有独特的优势。
首先，Windows、Solaris等专有商业操作系统的剪裁是由商家严格控制的。这极大地限制了开发人员的剪辑深度。Linux遵循GPL协议，开放所有系统源代码，非常容易裁剪。
其次，与其他开源通用操作系统(如FreeBSD)相比，Linux在支持多处理器、开发板和软件开发工具方面具有很强的优势。
Linux最初是作为通用操作系统设计和开发的，但它提供了一些实时处理支持。这包括支持大多数POSIX标准中的实时功能、多任务、多线程、丰富的通信机制等等。
Linux还提供了符合POSIX标准的调度策略，包括FIFO调度策略、时间片轮转调度策略和静态优先级抢占调度策略。它默认的调度策略是第三种。Linux还提供了内存锁功能，防止内存页面在实时处理中被换出，还提供了符合POSIX标准的实时信令机制。
一个致命的问题是，Linux在用户模式下支持抢占式调度策略，但在内核模式下不支持抢占式调度策略。这样，在Linux内核模式下运行的任务(或系统调用)就不能被其他优先级更高的任务抢占，会造成优先级反转的问题。另外，Linux操作系统的中断处理句柄
是不可调度的，不能依优先级高低调度。而在实时系统中，却希望中断处理句柄同实时任务一样，可以有优先级来被系统的调度程序所调度。此外，我们还关心和任务响应时间相关的时钟精度，以及由于资源共享而带来的优先级逆转问题。Linux中硬件时钟中断的默认时间间隔是10ms，所有的软件时钟都是靠硬件来触发的。而简单同步机制(互斥)不支持优先级继承又很可能导致优先级逆转。
独立核方法
Linux作为实时系统的独立核方法是指设计一种完全独立的实时核心，但其API 与Linux核心相兼容。这种方法的理论基础是一款优秀的实时操作系统必须在其设计之初就充分考虑到系统实时性的要求，并能够提供符合标准的API。这种实现方法对很多与POSIX 兼容的专有实时系统提供商很有吸引力。
这种方法的局限性是由于设计了一个完全独立的实时核心而没有使用原有Linux核心，导致Linux系统的一些优势难以继承，尤其是与Linux核心相关的一些优势无法获得。比如Linux核心对大量硬件的广泛支持，Linux核心超群的可靠性、稳定性等。另外，由于这种方法并没有通过修改Linux核心代码来开发实时核心，而是在Linux系统之上重新设计了一个实时核心，这样的开发并不要求源代码开放。因此，Linux一些基于开放源代码的优势也势必受损。最后一点，任何基于Linux核心的开发成果也无法方便地应用到实时核心中。
当然这种实现方法也从Linux系统中得到了很多好处。由于Linux系统的支撑，实时核心就并不需要“真”的去实现。而且熟悉Linux系统的开发人员也可以很快地熟悉这种方法开发出的实时系统。人们也会自然地想到用Linux系统做嵌入式系统的开发平台。此外，如果这种实时系统的API是Linux系统API子集的话，我们还可以只在Linux主机上仿真，进行应用程序的开发和调试，免去了远程调试之苦!
与Linux API的兼容程度是评估这类实时系统的一个重要指标。如果一个实时系统兼容了所有Linux API，那么就允许所有Linux上的应用程序和库在其上运行使用。因此，这将会带来一个巨大的好处，所有在Linux上可用的第三方软件均可以在其上使用。当然，开发一款这样兼容所有Linux API的实时系统决不是件容易的事，尤其是对于单个开发商来说。
所以，大量的第三方软件并不能很容易地移植到实时系统中来，这点不足，也使Linux的优势大打折扣!
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