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LynxOS、QNX、Linux的分析和比较[转帖]

工程师
2002-09-04 21:39:00    评分
LynxOS、QNX、Linux的分析和比较   本文对四种实时操作系统(RTOS)特性进行分析和比较。它们是:Lynx实时系统公司 的LynxOS、QNX软件系统有限公司的QNX以及两种具有代表性的实时Linux——新墨西哥 工学院的RT-Linux和堪萨斯大学的KURT-Linux。   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)、部分遵循POSIX.1b(实时扩展)。它最早开发于 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。它最早开发于1988年。   * RT-Linux是一个嵌入式硬实时操作系统,它部分支持POSIX.1b标准。   *KURT-Linux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。   体系结构异同   实时系统的实现多为微内核体系结构,这使得核心小巧而可靠,易于ROM固化, 并可模块化扩展。微内核结构系统中,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,它必须靠更多地进行系统调用来完成相 同的任务。   *QNX是一个微内核实时操作系统,其核心仅提供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核心非常小巧(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结构的操作系统,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,这一技术将在LynxOS3.0中引入。新的 28Kb微内核提供以下服务:核心启动和停止、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。   *RT-Linux实现了一个小的实时核心,仅支持底层任务创建、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核 心作为一个可抢先的任务运行于这个小核心之上,所有的任务都在核心地址空间运行。 它不同于微内核和大型内核,属于实时EXE(realtime executive)体系结构。其可靠 性和可维护性对电信服务系统来说都不够理想。   *KURT-Linux核心包括两个部分: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特定的实时服务。它不属于微内核结构。   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)和最早期限优先算法(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核心。   RT-Linux在操作系统之下实现了一个简单的实时核心,Linux本身作为一个可 抢占的任务在核内运行,优先级最低,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核心模块;   * 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。   KURT-Linux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,但某些核心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;   *增加了SCHED-KURT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。   从以上简略描述可以看出,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WindowsNT/95、LAN Manager等)的透明访问 的SMB文件系统、DOS文件系统、CD-ROM文件系统等。   * 设备管理。在进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/POSIXAPI,Lynx很适合于数据通信和Internet 应用。又由于系统的开放性,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基础架构、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、高级路由算法、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HTTPserver、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核心支持。   *文件系统。实时的类UNIX层次结构文件系统:连续结构文件、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 Hot-swap Services、Lynx/HA-DDS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的最大优势则是经济,还可以通过新闻组或mailinglist快速地解决用户碰到 的任何问题。   系统开放性对比   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/UNIXAPI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。   * 支持多种CPU:AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix   * 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/104-Plus、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、 PC/104和PC/AT硬件等。   *各种外设适配器:10/100BaseT Ethernet、SCSI接口、单/多通道串行控制器、单/双工并行口、时钟、计时器、 IDE接口、高分辨率显示适配器等。   Linux的开放性:   * 用户可得到UNIX的全部开发工具。   * 可使用市场上便宜又常见的硬件。   通过分析,可以看到以上系统各有优势,因此,在平台搭造过程中,用户应 根据自己的实际需要并结合性能价格比进行选择。



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