实时操作系统性能分析的简单介绍

大家好，相信到目前为止很多朋友对于实时操作系统性能分析和不太懂，不知道是什么意思？那么今天就由我来为大家分享实时操作系统性能分析相关的知识点，文章篇幅可能较长，大家耐心阅读，希望可以帮助到大家，下面一起来看看吧！

1现在大火的嵌入式实时操作系统，你都了解多少？

嵌入式实时操作系统强调了什么？

系统最大的特点当然是嵌入。嵌入就意味着它和硬件的联系很强，对硬件的适配和依赖度都是很高的，对于系统移植的难易度也就成了评价嵌入实时系统的重要方面。嵌入式操作系统移植的目的是使嵌入式操作系统能在某个微处理器或微控制器上运行。比如VxWorks是商用操作系统的有很多API函数及相关技术支持，所以移植和二次开发比较容易，但是移植成本较高。嵌入还意味着对于小型的硬件要求，主要是面对实时产生的数据，在数据产生终端进行快速的运算。所以系统极其强调灵敏性和实时性。

另一个特点就是实时。对于实时性的要求，有很多种实现措施。我们一一道来。首先就是分区处理的思想。对于核心的功能划分，使用户信息和系统程序和运行分列在不同的区划里，保证任务的有效有序运转。其次， 任务管理是嵌入式实时操作系统的核心和灵魂，决定了操作系统的实时性能。它通常包含优先级设置、多任务调度机制和时间确定性等部分。 嵌入式操作系统支持多任务，每个任务都具有优先级，任务越重要，赋予的优先级应越高。优先级的设置分为静态优先级和动态优先级两种。静态优先级指的是每个任务在运行前都被赋予一个优先级，而且这个优先级在系统运行期间是不能改变的；动态优先级则是指每个任务的优先级(特别是应用程序的优先级)在系统运行时可以动态地改变。 嵌入式操作系统支持多任务，每个任务都具有优先级。任务调度主要是协调任务对计算机系统资源的争夺使用。对系统资源非常匮乏的嵌入式系统来说，任务调度尤为重要，它直接影响到系统的实时性能。通常，多任务调度机制分为基于优先级抢占式调度和时间片轮转调度。

基于优先级抢占式调度：系统中每个任务都有一个优先级，内核总是将CPU分配给处于就绪态的优先级最高的任务运行。如果系统发现就绪队列中有比当前运行任务更高的优先级任务，就把当前运行任务置于就绪队列中，调入高优先级任务运行。系统采用优先级抢占方式进行调度，可以保证重要的突发事件及时得到处理。

时间片轮转调度：让优先级相同的处于就绪状态的任务按时间片使用CPU，以防止同优先级的某一任务长时间独占CPU。

在一般情况下，嵌入式实时操作系统采用基于优先级抢占式调度与时间片轮转调度相结合的调度机制。

第三，在运行的执行方式上，VXworks等系统采用进程和线程的执行方式，而市面上其他的系统多采用任务执行方式。

嵌入式实时操作系统函数调用与服务的执行时间应具有可确定性。系统服务的执行时间不依赖于应用程序任务的多少。基于此特征，系统完成某个确定任务的时间是可预测的。表1具体列出了4种操作系统的调度机制。

VxWorks具有高效的任务管理功能，它支持多任务，可分配256个优先级，支持优先级抢占式调试和时间片轮转调度，实时性最好。μC／OS-II内核是针对实时系统的要求设计实现的，只支持基于固定优先级抢占式调度；调度方法简单，可以满足较高的实时性要求。μClinux在结构上继承了标准Linux的多任务实现方式，分为实时进程和普通进程，分别采用先来先服务和时间片轮转调度；仅针对中低档嵌入式CPU特点进行改良，且不支持内核抢占。eCos调度方法丰富，提供了两种基于优先级的调度器(即位图调度器和多级队列调度器)，允许用户在进行配置时选择其中一个凋度器，适应性好。

此外，还涉及到任务的中断管理。

中断管理是实时系统中一个很重要的部分，系统经常通过中断与外部事件交互。主要考虑是否支持中断嵌套、中断处理机制、中断延时等。

以VXwoks为例，xWorks操作系统中断管理采用中断处理与普通任务分别在不同栈中处理的中断处理机制，使得中断只会引发一些关键寄存器的存储，而不会导致任务的上下文切换，从而极大地缩短了中断延时。同时，VxWorks的中断处理程序只能在最短时间内通告中断的发生，而将其他的非实时处理尽量放入被引发的中断服务程序中来完成，这也缩短了中断延时。但是凼为中断服务程序不在一个固定的仟务上下文中执行，而目没有任务控制块，所以所有中断服务程序使用相同的中断堆栈。为了能处理最坏情况下的中断嵌套，必须分配足够大的中断堆栈空间。

因商业原因，不对其他新型嵌入式实时操作系统做分析。

·有哪些厉害的MPU实时操作系统？

1、VXworks

VxWorks 操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的 F-16、FA-18战斗机、B-2 隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器、2008年5月登陆的凤凰号，和2012年8月登陆的好奇号也都使用到了VxWorks上。

VxWorks操作系统有以下部件组成：

多任务调度（采用基于优先级抢占方式，同时支持同优先级任务间的分时间片调度）

任务间的同步

进程间通信机制

中断处理

定时器和内存管理机制

总之，VxWorks的系统结构是一个相当小的微内核的层次结构。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。

2、QNX

QNX是一种商用的遵从POSIX规范的类Unix实时操作系统，目标市场主要是面向嵌入式系统。它可能是最成功的微内核操作系统之一。

QNX成立于1980年，是加拿大一家知名的嵌入式系统开发商。

QNX的应用范围极广，包含了：控制保时捷跑车的音乐和媒体功能、核电站和美国陆军无人驾驶Crusher坦克的控制系统[2]，还有RIM公司的BlackBerry PlayBook平板电脑。

3、Rtems

RTEMS, 即： 实时多处理器系统(Real Time Executive for Multiprocessor Systems)，是一个开源的无版税实时嵌入操作系统RTOS。

它最早用于美国国防系统，早期的名称为实时导弹系统（Real Time Executive for Missile Systems），后来改名为实时军用系统（Real Time Executive for Military Systems），现在由OAR公司负责版本的升级与维护。无论是航空航天、军工，还是民用领域RTEMS都有着极为广泛的应用。

2实时操作系统的概念

所谓“实时操作系统”，实际上是指操作系统工作时，其各种资源可以根据需要随时进行动态分配。由于各种资源可以进行动态分配，因此其处理事务的能力较强、速度较快。

应该说，实时操作系统是在早期的操作系统基础上发展起来的，早期的操作系统的各种资源都是事先已经分配好的，工作期间这些资源不能再重新进行分配。因此其处理事务的能力较差、速度较慢，现在则称之为“非实时操作系统”。但“非实时操作系统”诞生时，其功能、性能等在当时也是非常强的，人们在未认识到更好的操作系统之前并不将其这样称呼。将来如果新的、功能更强的、实时性能更高的操作系统出现，也许现在称之为“实时”的操作系统则可能将让位于新的“实时操作系统”了。从这方面讲“实时操作系统”是一个相对的概念的。

3实时操作系统的优缺点有哪些？

一、优点

1、多路性。实时信息处理系统与分时系统一样具有多路性。系统按分时原则为多个终端用户服务；而对实时控制系统，其多路性则主要表现在经常对多路的现场信息进行采集以及对多个对象或多个执行机构进行控制。

2、独立性。实时信息处理系统与分时系统一样具有独立性。每个终端用户在向分时系统提出服务请求时，是彼此独立的操作，互不干扰；而在实时控制系统中信息的采集和对对象的控制，也彼此互不干扰。

3、及时性。实时信息系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，则是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级、百毫秒级直至毫秒级，甚至有的要低于100微秒。

4、交互性。实时信息处理系统具有交互性，但这里人与系统的交互，仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理服务、资源共享等服务。

5、可靠性。分时系统要求系统可靠，相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失甚至无法预料的灾难性后果。因此，在实时系统中，采取了多级容错措施来保证系统的安全及数据的安全。

二、缺点无

扩展资料：

实时操作系统的其他相关概念：分时操作系统原理：

一台主机连接了若干个终端；每个终端有一个用户在使用；交互式地向系统提出命令请求；系统接受每个用户的命令；采用时间片轮转方式处理服务请求；并通过交互方式在终端上向用户显示结果；用户根据上步结果发出下道命令分时系统实现中的关键问题：及时接收。及时处理。

参考资料来源：百度百科-分时操作系统

参考资料来源：百度百科-实时操作系统

4vxworks操作系统如何实现实时性

对你这个话题感兴趣，搜了一下，一起学习：

摘 要: 本文分析了适用于测控领域的4种实时操作系统，并对比了它们实时性能的重要指标，归纳了实时性设计和实现中的若干问题。

引言

20世纪70年代以来嵌入式系统的硬件和软件技术的飞速进步，使得嵌入式应用得到了蓬勃发展，在这些应用中实时操作系统起着决定性的作用。

在复杂测控应用中，必须使用对实时性要求非常高的实时操作系统。例如在工业控制、交通管理、机器人、航空航天、武器装备等领域，系统事件的响应如果不能准时或超时，就可能导致巨大的损失和灾难。因而，选择操作系统时，对实时性的仔细考虑至关重要。本文从实时性的角度细致的分析对比了适用于此类有苛刻实时性要求的4种操作系统——VxWorks、mC/OS-II、RT-Linux、QNX，为系统选型提供一定参考。

实时性能主要实现技术

实时操作系统的实时性是第一要求，需要调度一切可利用的资源完成实时任务。根据响应时间在微秒、毫秒和秒级的不同，可分为强实时、准实时和弱实时三种。强实时系统必须是对即时的事件作出反应，绝对不能错过事件处理时限。例如测控领域就是要求强或接近强实时系统。在机顶盒、PDA、信息家电等应用领域，系统负荷较重的时候，允许发生错过时限的情况而且不会造成太大的危害，准和弱实时系统就可满足应用。一个强实时的操作系统通常使用以下技术：

● 占先式内核

当系统时间响应很重要时，要使用占先式内核。当前最高优先级的任务一旦就绪，总能立即得到CPU的控制权，而CPU的控制权是可知的。使用占先式内核使得任务级响应时间得以最优化。

● 调度策略分析

任务调度策略是直接影响实时性能的因素。强实时系统和准实时系统的实现区别主要在选择调度算法上。选择基于优先级调度的算法足以满足准实时系统的要求，而且可以提供高速的响应和大的系统吞吐率。当两个或两个以上任务有同样优先级，通常用时间片轮转法进行调度。对硬实时系统而言，需要使用的算法就应该是调度方式简单，反应速度快的实时调度算法了。尽管调度算法多种多样，但大多由单一比率调度算法(RMS)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。

● 任务优先级分配

每个任务都有其优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高。应用程序执行过程中诸任务优先级不变，则称之为静态优先级。在静态优先级系统中，诸任务以及它们的时间约束在程序编译时是已知的。反之，应用程序执行过程中，任务的优先级是可变的，则称之为动态优先级。

● 时间的可确定性

强实时操作系统的函数调用与服务的执行时间应具有可确定性。系统服务的执行时间不依赖于应用程序任务的多少。系统完成某个确定任务的时间是可预测的。

实时性能重要指标

衡量实时操作系统实时性能的重要指标有：

● 任务切换时间

当多任务内核决定运行另外的任务时，它把正在运行任务的当前状态(即CPU寄存器中的全部内容)保存到任务自己的栈区之中。然后把下一个将要运行的任务的当前状态从该任务的栈中重新装入CPU的寄存器，并开始下一个任务的运行。这个过程就称为任务切换。做任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要入栈。CPU的寄存器越多，额外负荷就越重。

● 中断响应时间(可屏蔽中断)

计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成切换转入中断服务程序的时间。对于占先式内核，要先调用一个特定的函数，该函数通知内核即将进行中断服务，使得内核可以跟踪中断的嵌套。占先式内核的中断响应时间由下式给出：

中断响应时间＝关中断的最长时间

＋保护CPU内部寄存器的时间

＋进入中断服务函数的执行时间

＋开始执行中断服务例程(ISR)的第

一条指令时间

中断响应时间是系统在最坏情况下响应中断的时间，某系统100次中有99次在50ms之内响应中断，只有一次响应中断的时间是250ms，只能认为中断响应时间是250ms。

表2列出了部分体现实时性能重要指标的典型值，它们的测试平台和测试方法不完全相同，影响了数据的可比性，但我们仍可作为参考。

另外，还有系统响应时间(系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间)、最长关中断时间、非屏蔽中断响应时间等辅助的衡量指标。

若干问题

虽然当今的实时操作系统已日臻完善，但仍有一些问题存在并干扰着强实时的实现。我们应充分的重视，并通过合理的安排程序减少它们的危害。

● 优先级反转

这是实时系统中出现得最多的问题。优先级反转是指一个任务等待比它优先级低的任务释放资源而被阻塞，如果这时有中等优先级的就绪任务，阻塞会进一步恶化。它严重影响了实时任务的完成。

为防止发生优先级反转，一些商业内核(如VxWorks)使用了优先级继承技术，当优先级反转发生时，优先级较低的任务被暂时地提高它的优先级，使得该任务能尽快执行，释放出优先级较高的任务所需要的资源。但它也不能完全避免优先级反转，只能称其减轻了优先级反转的程度，减轻了优先级反转对实时任务完成的影响。

优先权极限是另一种解决方案，系统把每一个临界资源与1个极限优先权相联系，这个极限优先权等于系统此时最高优先权加1。当这个任务退出临界区后，系统立即把它的优先权恢复正常，从而保证系统不会出现优先权反转的情况。采用这种方案的另一个有利之处，是仅仅通过改变某个临界资源的优先级就可以使多个任务共享这个临界资源。

● 任务执行时间的抖动

各种实时内核都有将任务延时若干个时钟节拍的功能。优先级的不同、延时请求发生的时间、发出延时请求的任务自身的运行延迟，都会造成被延时任务执行时间不同程度的提前或滞后，称之为任务执行时间的抖动。可能的解决方案有：

a． 增加微处理器的时钟频和时钟节拍的频率；b. 重新安排任务的优先级；c. 避免使用浮点运算等。

强实时系统中，我们必须综合考虑，充分利用各种手段，尽量减少任务执行时间的抖动。

● 任务划分

程序在CPU中是以任务的方式在运行，所以我们要将系统的处理框图转化为多任务流程图，对处理进行任务划分。任务划分存在这样一对矛盾：如果任务太多，必然增加系统任务切换的开销；如果任务太少，系统的并行度就降低了，实时性就比较差。在任务划分时要遵循H.Gomma原则：

a． I/O原则：不同的外设执行不同任务；

b． 优先级原则：不同优先级处理不同的任务；

c． 大量运算：归为一个任务；

d． 功能耦合：归为一个任务；

e． 偶然耦合：归为一个任务；

f． 频率组合：对于周期时间，不同任务处理不同的频率。

如果我们在具体分析一个系统的时候发生原则冲突的话，则要为每一个原则针对具体的系统设定“权重”，必要的时候可以通过计算“权重”来最终确定如何去划分任务。

总结

VxWorks、mC/OS-II、RT-Linux、QNX都是优秀的强实时操作系统，各有特色：VxWorks的衡量指标值最好；mC/OS-II最短小精悍；RT-Linux支持调度策略的改写；QNX支持分布式应用。当我们充分理解和掌握它们实现技术、衡量指标的不同，注意所存在的问题，就能在实时性应用中游刃有余。

来源：[]机电之家·机电行业电子商务平台！

5如何用windows performance recorder 分析系统性能

Windows Performance Analyzer （Windows性能分析器）是一套功能强大的性能检测工具。我们经常在开发过程中，用它来检测产品的性能；通过与其它工具整合使用，它也很容易被用来作为自动监测软件性能系统的关键部件；对于开发人员来说，它还是一个有效的性能调试工具。

很多人认为Windows性能分析器是用来检测操作系统性能的，其实它的作用不至于此。对于任何一个基于Windows操作系统的应用程序来说，只要程序中嵌入了基于ETW的事件，Windows性能分析器就能对其进行性能检测。换句话说，您可以用它来检测和调试自己程序的性能。

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