準時的重要性:為嵌入式列車控制系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)
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搶占式內(nèi)核
搶占式內(nèi)核是實時操作系統(tǒng)的一個核心特點，在一個沒有搶占式內(nèi)核調(diào)用的操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)遇到不可預測的延遲會引起關(guān)鍵活動錯過截止時間— 使得系統(tǒng)無法滿足其可靠性的要求。
這些延遲是由高優(yōu)先級用戶線程等待完整的內(nèi)核調(diào)用來完成所引起的，即使這個調(diào)用是系統(tǒng)中最低級別的進程造成的。更為糟糕的是，當驅(qū)動程序或其它系統(tǒng)服務(wù)（通常在內(nèi)核調(diào)用時執(zhí)行）代表客戶線程執(zhí)行時，優(yōu)先級信息通常會丟失。
然而，在一個設(shè)計良好的實時操作系統(tǒng)中，搶占不會發(fā)生的時間窗極其短暫，通常是在納秒級，實時操作系統(tǒng)對中斷被禁止的時間和搶占關(guān)閉上規(guī)定了一個上限。該上限允許開發(fā)者確定最壞情況的延遲并在其設(shè)計中做調(diào)整。
為確保可預測性和關(guān)鍵活動的及時完成，實時操作系統(tǒng)必須盡可能簡單，以便在通過內(nèi)核的最長的非搶占式代碼路徑上有一個明確的上限。通過一個包括只用短執(zhí)行路徑服務(wù)的內(nèi)核和分配給外部進程或線程的密集型操作（例如進程加載）能實現(xiàn)最佳的簡易性。
優(yōu)先級繼承
優(yōu)先級反轉(zhuǎn)是一種低優(yōu)先級線程阻止高優(yōu)先級線程完成其工作的情況。表３顯示了一個低優(yōu)先級線程封鎖高優(yōu)先級線程的例子。這也許是通過同步引起（例如，警報和數(shù)據(jù)記錄器共享由鎖或信號燈控制的資源，警報等待數(shù)據(jù)記錄器解除鎖定的資源），或通過警報要求一項目前由數(shù)據(jù)記錄器使用的服務(wù)引起的。
在圖３的例子中，一個中等優(yōu)先級的線程（數(shù)據(jù)聚合器）搶占低優(yōu)先級的記錄器，但不需要該記錄器使用的資源，這使記錄器保持了資源控制。當警報嘗試運行，它搶占了聚合器并封鎖，但不能訪問仍被記錄器控制的資源。由于警報的封鎖，調(diào)度程序?qū)ふ夷苓\行的優(yōu)先級別最高的線程，并運行聚合器，顛倒線程優(yōu)先級。
圖3 有了優(yōu)先級繼承，高優(yōu)先級線程不會被封鎖
優(yōu)先級繼承是一個阻止優(yōu)先級反轉(zhuǎn)的機制。它將高優(yōu)先級線程的優(yōu)先級分配給低優(yōu)先級線程直到線程完成。在上面的這個例子中，數(shù)據(jù)記錄器將繼承警報的優(yōu)先級，因此不能被數(shù)據(jù)聚合器搶占。它將完成并恢復到原來的優(yōu)先級，而且警報將解除封鎖并不受數(shù)據(jù)聚合器的影響，該機制在圖4中顯示。
圖4 自適應分區(qū)是保護特定線程和線程組的一套規(guī)則
時間分區(qū)
在與安全相關(guān)的系統(tǒng)里，如果一個子系統(tǒng)缺乏CPU周期，它提供的服務(wù)也許對其它子系統(tǒng)來說是不可用的。例如，在地鐵系統(tǒng)里，如果一個車載ATP系統(tǒng)的通信棧進程在需要時無法響應，該車載ATP系統(tǒng)也許要與軌旁ATP基礎(chǔ)設(shè)施承擔通信中斷并開始啟動安全程序，減速或停止列車并中斷上下線的服務(wù)。
時間分區(qū)通過硬件或軟件的手段強制分配CPU預算，解決資源饑餓。它可以防止進程或線程壟斷其它進程或線程需要的CPU周期?？赡艹霈F(xiàn)兩種類型的分區(qū)：靜態(tài)和自適應。
在靜態(tài)分區(qū)中，任務(wù)在區(qū)內(nèi)分組，每個區(qū)分配了一定比例的CPU時間。沒有一個任務(wù)在任何區(qū)內(nèi)能消耗超過分區(qū)預先確定的CPU時間。通過確保每個分區(qū)都能得到一定的CPU時間，該限制確保所有的關(guān)鍵進程總是能夠保持運行。
不幸的是，沒有進程能夠使用比分配給它分區(qū)限定的更多的CPU周期，即使其它分區(qū)沒有使用所有分配給它們的時間。因此，靜態(tài)分區(qū)白白浪費了CPU周期并降低了系統(tǒng)處理高峰需求的能力。
與靜態(tài)分區(qū)一樣，自適應分區(qū)為進程或進程組保留了CPU周期。然而，不像靜態(tài)分區(qū)，自適應分區(qū)使用動態(tài)調(diào)度算法，重新分配未使用的CPU周期給需要的分區(qū)。只有當CPU運行時，它才執(zhí)行分區(qū)預算。自適應分區(qū)從而讓系統(tǒng)以100% 的能力運行，僅當一個分區(qū)以上的進程競爭周期時，它才執(zhí)行分區(qū)預算。
此外，自適應分區(qū)基于預先確定的標準，能在系統(tǒng)運行時調(diào)整預算。例如，一個負責制動調(diào)整的分區(qū)也許在每小時低于20公里的速度時被分配30%的CPU時間，而在更高速度時分配到45%的CPU時間。
軟件看門狗
要求可用性保證的系統(tǒng)會實施以硬件為導向的高可用性解決方案和軟件看門狗。
軟件看門狗是一個監(jiān)測系統(tǒng)并進行多階段恢復或清除關(guān)閉的一個用戶空間進程?？撮T狗必須自我檢測并彈性處理內(nèi)部故障。它如果意外停止，必須通過將其任務(wù)移交給鏡像進程從而立即、完全重建其自我狀態(tài)。
如發(fā)生故障，看門狗可以執(zhí)行多種操作以確保系統(tǒng)安全性并恢復。例如，它能夠中止然后重啟故障進程，避免系統(tǒng)重啟?；蛘?，它也能終止該進程和相關(guān)進程，初始化硬件到一個安全狀態(tài)，然后以協(xié)調(diào)的方式重新啟動終止的進程?；蛘撸绻收现陵P(guān)重要，看門狗可以執(zhí)行可控的關(guān)閉或重啟整個系統(tǒng)并發(fā)出報警。
最后，軟件看門狗能夠監(jiān)測傳統(tǒng)的硬件看門狗不可見的系統(tǒng)事件。例如，硬件看門狗能確保驅(qū)動程序正服務(wù)于硬件，但可能無法檢測到其他程序是否正確的與該驅(qū)動程序溝通。而軟件看門狗可以彌補這一差距，當它檢測到一個內(nèi)部異常時能夠采取行動。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/159690.htm linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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