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四種即時作業系統的分析比較-LynxOS,QNX,RTLinux和KURT－Linux
本文對四種即時作業系統(RTOS)特性進行分析和比較。它們是：Lynx即時系統公司的LynxOS、QNX軟體系統有限公司的QNX以及兩種具有代表性的即時Linux——新墨西哥工學院的RT－Linux和堪薩斯大學的KURT－Linux。
近年來，即時作業系統在多媒體通信、線上事務處理、生產過程控制、交通控制等各個領域得到廣泛的應用，因而越來越引起人們的重視。
基本特徵概述
＊ QNX是一個分散式、嵌入式、可規模擴展的即時作業系統。它遵循POSIX.1
(程序介面卡)和POSIX.2
(Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(即時擴展)。它最早開發於1980年，到現在已相當成熟。
＊LynxOS是一個分散式、嵌入式、可規模擴展的即時作業系統，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c標準。它最早開發於1988年。
＊ RT－Linux是一個嵌入式硬即時作業系統，它部分支援POSIX.1b標準。
＊KURT－Linux不是為嵌入式應用設計的，不同於硬(hard)即時／軟(soft)即時應用，他們提出「嚴格(firm)」即時應用的概念，如一些多媒體應用和ATM網路應用，KURT是為這樣一些應用設計的「嚴格的」即時系統。
體系結構異同
即時系統的實現多為微核心體系結構，這使得核心小巧而可靠，易於ROM固化，並可模組化擴展。微核心結構系統中，OS服務模組在獨立的地址空間運行，所以，不同模組的記憶體錯誤便被隔離開來。但它也有弱點，進程間通信和本文切換的開銷大大增加。相對於大型集成化核心系統來說，它必須靠更多地進行系統調用來完成相同的任務。
＊QNX是一個微核心即時作業系統，其核心僅提供4種服務：進程調度、進程間通信、底層網路通信和中斷處理，其進程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務，都實現為協作的使用者進程，因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大約為12Kb)而且運行速度極快。
＊LynxOS目前還不是一個微核心結構的作業系統，但它計劃使用所謂的「Galaxy」技術將其從大型集成化核心改造成微核心，這一技術將在LynxOS
3.0中引入。新的28Kb微核心提供以下服務：核心啟動和停止、底層記憶體管理、出錯處理、中斷處理、多任務、底層同步和互斥支援。
＊RT－Linux實現了一個小的即時核心，僅支援底層任務創建、中斷服務例程的裝入、底層任務通信隊列、中斷服務例程(ISR)和Linux進程。原來的非即時Linux核心作為一個可搶先的任務運行於這個小核心之上，所有的任務都在核心地址空間運行。它不同於微核心和大型核心，屬於即時EXE
(realtime executive)體系結構。其可靠性和可維護性對電信服務系統來說都不夠理想。
＊KURT－Linux核心包括兩個部分：核心和即時模組。核心負責即時事件的調度，即時模組為使用者進程提供特定的即時服務。它不屬於微核心結構。
調度策略分析
任務調度策略是直接影響即時性能的因素。儘管調度算法多種多樣，但大多由單調率算法(RM)和最早期限優先算法(EDF)變化而來。前者主要用於靜態週期任務的調度，後者主要用於動態調度，在不同的系統狀態下兩種算法各有優劣。在商業產品中採用的實際策略常常是各種因素的折中。
QNX 提供POSIX.1b標準進程調度：
＊ 32個進程優先級；
＊ 搶佔式的、基於優先級的正文切換；
＊ 可選調度策略：FIFO、輪轉策略、適應性策略。
LynxOS 其調度策略為：
＊ LynxOS支援線程概念，提供256個全局使用者線程優先級；
＊硬即時優先級調度：在每個優先級上實現了輪轉調度、定量調度和FIFO調度策略；
＊ 快速正文切換和阻塞時間短；
＊ 搶佔式的RTOS核心。
RT－Linux
在作業系統之下實現了一個簡單的即時核心，Linux本身作為一個可搶佔的任務在核內運行，優先級最低，隨時會被高優先級任務搶佔。
＊ 使用者可自行編寫調度程序，它們可實現為可加載的核心模組；
＊ 已實現的調度程序有：基於優先級的搶佔式調度和EDF調度；
＊ 基於優先級的調度使用「單調率算法」，它直接支援週期任務。
KURT－Linux
可運行在兩種狀態之下：通常狀態和即時狀態。在通常狀態下，所有進程都可以運行，但某些核心服務將帶來中斷屏蔽的不可預期性。即時模式只允許即時進程運行。
＊ 支援FIFO調度策略、輪轉調度策略和UNIX分時調度策略；
＊增加了SCHED－KURT調度策略，這是一種靜態調度策略，使用一個特殊的調度檔案記錄預先定義好的待調度進程的參數。
從以上簡略描述可以看出，前三種調度策略實現較規範，特別是兩種商業RTOS，遵循或部分遵循POSIX.1b即時調度標準。
作業系統服務比較
QNX的系統服務：
＊多種資源管理器，包括各種檔案系統和設備管理，支援多個檔案系統同時運行，包括提供完全POSIX.1及UNIX語法的POSIX檔案系統，支援多種閃存設備的嵌入式檔案系統，支援對多種檔案服務器(如Windows
NT/95、LAN Manager等)的透明存取的SMB檔案系統、DOS檔案系統、CD－ROM檔案系統等。
＊ 設備管理。在進程和終端設備間提供大吞吐量、低開銷介面卡服務。
＊ 圖形／窗口支援。包括QNX Windows、X Window System for QNX、對MS
Windows NT/95和X Window系統的遠程圖形連接。
＊ TCP/IP for QNX。
＊高性能、容錯型QNX網路——FLEET，使得所有連入網路的計算機變成一個邏輯上的超級計算機。
＊透明的分散式處理。FLEET網路處理與消息傳遞和進程管理原語的集成，將本地和網路IPC統一起來，使得網路對IPC而言是透明的。
LynxOS的系統服務：
＊ 網路和通信。由於使用UNIX/POSIX
API，Lynx很適合於數據通信和Internet應用。又由於系統的開放性，網路軟體很容易移植到Lynx上。同樣，Lynx亦提供關鍵的電話通信協定，使之適用於電信系統的基礎架構、操作和多媒體應用。
＊ TCP/IP協定堆疊。Lynx自帶最佳化的TCP/IP協定堆疊，提供高性能服務，如TCP頭預測、高級路由算法、IP級多址廣播和鏈路級高速緩衝。
＊ Internet工具。包括，Telnet、Ftp、tftp、PPP、SLIP、即時調度的嵌入式Java虛擬機、嵌入式HTTP
server、bootp、ARP/RARP、DNS域名服務、電子郵件、Perl、電話通信協定等。
＊ SVR3串流。LynxOS串流機制為開發和移植基於串流的驅動程序和應用提供了核心支援。
＊檔案系統。即時的類UNIX層次結構檔案系統：連續結構檔案、帶緩衝／不帶緩衝、原始分區和原始設備存取。
＊ 基於Motif的圖形使用者介面卡。
＊ 分散式計算資源。SCMP與VME匯流排上的多處理結合，PCI橋服務、CompactPCI
Hot－swap Services、Lynx/HA－DDS分散式數據系統。
Linux的系統服務：
近來，很多基於Linux的即時應用被開發出來，它具有成熟和豐富的資源。
＊ UNIX使用者的開發工具和應用軟體都被移植到Linux上。
＊ TCP/IP網路協定。
＊ 各種Internet客戶/服務端軟體。
＊ X Window。
＊ C/C＋＋、Java等語言編譯器。
上述系統的共同點是都提供了圖形界面、各種網路支援等必要工具。QNX是一個更加符合傳統「分散式」概念的作業系統，目標是把整個局域網變成一個大的超級計算機，使得網路的存在對使用者透明，檔案系統提供的服務也很豐富。但是，分散式的程度越高也意味著系統開銷的增大。LynxOS則著意於提供豐富的網路服務，而Linux的最大優勢則是經濟，還可以通過新聞組或mailing list快速地解決使用者碰到的任何問題。
系統開放性對比
對於很多大、中型系統來說，大多數軟體都是為UNIX平台編寫的，因此RTOS是否提供POSIX/UNIX
API就顯得很重要。
QNX的開放性：
＊ QNX的POSIX兼容性和其提供的UNIX特色的編譯器、除錯器、X
Window和TCP/IP都是UNIX程序員所熟悉的。
＊ 支援多種CPU：AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix
MediaGX、x86處理器(386以上)、Pentium系列、STMicroelectronics 的STPC。
＊ 多種匯流排：CompactPCI、EISA、ISA 、MPE (RadiSys)、STD、STD
32、PC/104、PC/104－Plus、PCI、PCMCIA、VESA、VME。
＊ 各種外設：多種SCSI設備、IDE/EIDE驅動器、10M/100M以太網卡、Token
Ring網卡、FDDI介面卡、多種PCMCIA設備、快閃記憶體、音效卡等等。
LynxOS的開放性：
＊ POSIX.1a、1b、1c及BSD4.4等兼容性，使得遵循POSIX
1003或用於UNIX的程序很容易移植到LynxOS上。
＊支援多種CPU主板：包括CompactPCI(6U/3U)和標準PCI、VME/Eurobus、PC/104和PC/AT硬體等。
＊各種外設適配器：10/100BaseT
Ethernet、SCSI介面卡、單／多通道串行控製器、單／雙工並行埠、時鐘、計時器、IDE介面卡、高分辨率顯示適配器等。
Linux的開放性：
＊ 使用者可得到UNIX的全部開發工具。
＊ 可使用市場上便宜又常見的硬體。
通過分析，可以看到以上系統各有優勢，因此，在平台搭造過程中，使用者應根據自己的實際需要並結合性能價格比進行選擇。
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