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发信人：Gang_Jin (金刚) 版面名称：Embedded(698) 标　题：VxWorks的一些技术特点 发信站：中国科大BBS站 (Wed, 07 Jun 2000 14:52:07 ) 标　记：标记 　　　　　　　　 VxWorks的一些技术特点 　　　　 VxWorks的特点主要在于嵌入式和实时性。由于嵌入式的特点，系统内核 只有任务管理和简单的内存管理，在此之上可以根据需要配置各种功能模 块，包括网络管理、文件系统、虚拟存储器等等。实时性则体现在实时调 度算法和实时内核（高效的进程间通讯、内存管理等）。下面对这几个方 面进行简要的介绍，着重介绍与UNIX不同之处，并与流行的操作系统Linux、 Windows NT进行比较，在一些应用软件开发需要注意的地方也做了说明。 VxWorks支持POSIX标准，所以POSIX的概念和接口以及一些策略都被支持， 但为了提高系统性能，VxWorks另有一套接口及实现策略称为wind内核，下 面的讨论主要是针对wind内核而言的，POSIX标准可以参见相关资料。 * 任务 在VxWorks中，最小的程序运行单位称为任务(Task)。任务与Linux、 WindowsNT下的进程(Process)有相似也有不同之处。 每个任务包含有一段固定的代码和数据空间，操作系统内核通过任务控制 块（Task Control Block）对它的执行、通讯、资源等情况进行控制。任 务具有就绪、阻塞、挂起和延迟等状态。当任务被提交之后就进入挂起状 态；激活后进入就绪状态，等待系统分配处理器执行；当任务申请已被占 用的资源时则进入阻塞，当资源被其他任务释放后回到就绪状态等待调度； 延迟是当任务等待定时器完成的状态。从任务的这些概念上看来，任务与 进程是相似的。 但是在另一方面，Linux和WindowsNT下的每个进程都各自享有一块独立的 线性空间，拥有自己独立的代码段、堆和栈空间，在每个进程看来都是自 己独占系统内存，进程中的地址要经过系统进行进程空间到物理存储器的 映射后才成为真正的物理地址。 而在VxWorks中，所有任务共同享有物理内存，存在于统一的线性空间中， 每个任务没有自己独立的代码段和堆，只有独立的动态栈，任务中的地址 即是真正的物理地址。 由于不需要进行地址空间映射，在任务切换时的上下文切换(Context Switch) 时间大为减少，符合实时操作系统要求快速响应的原则。从这个意义上来说， VxWorks的任务更接近Linux和WindowsNT下的线程(Thread)。 VxWorks的代码段与堆共享减少了上下文切换时间，却带来了共享代码的可重 入性(Reentrancy)问题。MyFunc函数将被两个任务所调用，当其中包含对全局、 静态变量等从堆中分配空间的数据进行访问时，就有可能产生冲突，从而引发 错误。在应用软件开发时要加以注意，解决方法是使用局部变量（从栈中分配 空间）或使用信号灯对临界代码进行监控。 * 任务调度 VxWorks有两种任务调度策略，优先级抢先调度和时间片轮转调度。这两种调度 策略都是系统级的，与POSIX进程级的调度策略不同。即整个系统里要么是优先 级抢先调度，要么是时间片轮转调度；而POSIX标准下可以每个进程使用自己的 调度策略。系统共有256个优先级。 优先级抢先调度指的是一个优先级较低的任务正在执行中，另一个优先级较高的 任务进入就绪状态，则马上进行处理器抢先，执行高优先级任务。直到高优先级 释放处理器（完成、挂起、阻塞…）才继续执行低优先级任务。 优先级抢先调度可以保证实时系统的迅速响应特性，但是也带来一个问题：当系 统中存在几个相同优先级的任务时，就会使单一任务独占处理器直至完成。所以 加入了基于优先级的时间片轮转调度方式。在不同优先级的任务间以抢先方式调 度，相同优先级的任务则以时间片进行轮转。 WindowsNT的进程调度是消息驱动的时间片轮转。Linux的进程调度也支持带优先 级的时间片轮转，但它是时间片级的抢先，即调度发生在时间片结束时；而VxWorks 是指令级的抢先，即调度发生在当前指令结束时。 在任务调度中，还需要注意的是优先级倒置（Priority Inversion）问题。任务t3获 取某种资源S后被高优先级任务t1抢先，在t1执行中也需要申请资源S，于是t1被阻塞， t3继续执行，但t3迅速被另一较高优先级任务t2所抢先，于是t1就必须无限期地等待 t2完成，然后执行t3直至t3释放资源S。 为了解决这个问题，VxWorks引入一种称为优先级继承（Priority Inheritance）的 方法。当高优先级任务t1因为t3占用的资源而被阻塞时，t3就具有与t1相同的临时优 先级，以保证它不会被t2所抢先，直至t3释放资源后恢复原有的优先级。 * 存储管理 在基本的wind内核中，任务直接操作线性物理内存，不存在虚拟存储等复杂的存储管 理策略，这主要是从性能来考虑的。不过VxWorks也提供支持POSIX标准的虚拟存储区 和共享内存（多处理器间共享）组件。 * 任务间通讯 在任务间传递控制信息时，通讯量小，wind内核支持各种UNIX的通用手段：信号灯 （semaphore）、消息队列（Message Queue）、管道（Pipe）、信号（Signal）和 套接字（Socket）。信号灯主要用于对临界资源访问的同步和互斥；消息队列多用 于消息驱动机制；管道是基于文件系统实现的任务间按先进先出方式传送数据的通 讯方式；信号相当于软中断；套接字机制主要用于网络通讯。 当任务间需要大量交换数据时，由于VxWorks直接操作物理内存，可以直接访问全 局存储区，不需要特别的手段，与Linux下的共享存储段申请和WindowsNT中的存储 映射文件方式不同。 * 中断 在VxWorks下，所有中断服务程序都不属于任何一个任务，并且使用同一个栈进行 数据存储，则中断将不会引起上下文切换，以实现高效的中断响应。中断与各任务 之间可以通过前面所述的各种手段进行通讯，但要注意对中断服务程序有一些限制， 例如不能进行可能导致阻塞的资源申请等等。 * 文件系统 VxWorks支持多种本地文件系统：MS_DosFS、RawFS和RT-11FS，用户可根据具体配 置选择；还支持网络文件系统NFS，可以没有局域文件系统。 * 网络支持 Vxworks支持多种物理介质的TCP/IP协议族和几乎所有常用的基于TCP/IP协议的应 用层协议如ARP、BOOTP、SLIP和FTP，甚至其启动就是通过BOOTP或FTP方式取得系 统映象文件。 * 启动 由于VxWorks是一种嵌入式操作系统，它支持多种启动方式：ROM、本地磁盘或网 络启动。 以上简单介绍了一些VxWorks的技术特点，要注意这些特点都是跟VxWorks的特性 ----实时性与嵌入式密切相关的。 -- ※ 来源: 中国科大BBS站 [bbs.ustc.edu.cn]