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实时操作系统已经由以前的嵌入式系统的统一实体的结构演变为最低层是一个实时内核的层次结构。多任务、抢占调度、快速上下文切换、低中断延时和快速灵活的通信机制是对现代实时内核的标准要求。第一部分描述了内核需求，第二部分提供了VxWorks内核的功能的细节，第三部分分析了VxWorks内核的优点，最后第四部分包含了内核性能的时间分析。 1． 实时操作系统的结构 在计算机的早期开发的操作系统的最原始的结构形式是一个统一的实体(monolithic)。在这样的系统中，提供的不同功能的模块，如处理器管理、内存管理、输入输出等，通常是独立的。然而他们在执行过程中并不考虑其他正在使用中的模块，各个模块都以相同的时间粒度运行。 由于现代实时环境需要许多不同的功能，以及在这样的环境中存在的并发活动所引起的异步性和非确定性，操作系统变得更加复杂。所以早期操作系统的统一结构的组织已经被更加精确的内部结构所淘汰。 层次结构的起点----内核 操作系统的最好的内部结构模型是一个层次性的结构，最低层是内核。这些层次可以看成为一个倒置的金字塔，每一层都建立在较低层的功能之上。内核仅包含一个操作系统执行的最重要的低层功能。正象一个统一结构的操作系统，内核提供了在高层软件与下层硬件之间的抽象层。然而，内核仅提供了构造操作系统其他部分所需的最小操作集。 对一个实时内核的要求 一个实时操作系统内核需满足许多特定的实时环境所提出的基本要求，这些包括： 多任务：由于真实世界的事件的异步性，能够运行许多并发进程或任务是很重要的。多任务提供了一个较好的对真实世界的匹配，因为它允许对应于许多外部事件的多线程执行。系统内核分配CPU给这些任务来获得并发性。 抢占调度：真实世界的事件具有继承的优先级，在分配CPU的时候要注意到这些优先级。基于优先级的抢占调度，任务都被指定了优先级，在能够执行的任务（没有被挂起或正在等待资源）中，优先级最高的任务被分配CPU资源。换句话说，当一个高优先级的任务变为可执行态，它会立即抢占当前正在运行的较低优先级的任务。 快速灵活的任务间的通信与同步：在一个实时系统中，可能有许多任务作为一个应用的一部分执行。系统必须提供这些任务间的快速且功能强大的通信机制。内核也要提供为了有效地共享不可抢占的资源或临界区所需的同步机制。 方便的任务与中断之间的通信：尽管真实世界的事件通常作为中断方式到来，但为了提供有效的排队、优先化和减少中断延时，我们通常希望在任务级处理相应的工作。所以需要杂任务级和中断级之间存在通信。 性能边界：一个实时内核必须提供最坏情况的性能优化，而非针对吞吐量的性能优化。我们更期望一个系统能够始终以50微秒执行一个函数，而不期望系统平均以10微秒执行该函数，但偶尔会以75微秒执行它。 特殊考虑：由于对实时内核的要求的增加，必须考虑对内核支持不断增加的复杂功能的要求。这包括多进程处理，Ada和对更新的、功能更强的处理器结构如RISC的支持。 拥有其它名字的内核 许多商用化的内核支持的功能远强于上面所列的要求。在这方面，他们不是真正的内核，而更象一个小的统一结构的操作系统。因为他们包含简单的内存分配、时钟管理、甚至一些输入输出系统调用的功能。 这种分类不仅仅是在语义上的争论，在这篇文章的后面章节将说明限制内核功能和优化这些功能的重要性。 2． VxWorks内核：Wind VxWorks操作系统是一种功能最全的现在可以获得的独立于处理器的实时系统。然而，VxWorks是带有一个相当小的真正微内核的层次结构。内核仅提供多任务环境、进程间通信和同步功能。这些功能模块足够支持VxWorks在较高层次所提供的丰富的性能的要求。 通常内核操作对于用户是不可见的。应用程序为了实现需要内核参与的任务管理和同步使用一些系统调用，但这些调用的处理对于调用任务是不可见的。应用程序仅链接恰当的VxWorks例程（通常使用VxWorks的动态链接功能），就象调用子程序一样发出系统调用。这种接口不象有些系统需要一个笨拙的跳转表接口，用户需要通过一个整数来指定一个内核功能调用。