中圖分類號： 學校代碼： 10055 密級： 碩 士 專 業 學 位 論 文 中文題目： 嵌入式 of 文作者 指導教師 副 )教授 申請學位 工程碩士 培養單位 軟件學院 學科專業 軟件工程 研究方向 答辯委員會主席 評 閱 人 南開大學研究生院 二一 三 年 五 月 南開大學學位論文使用授權書 根據南開大學關于研究生學位論文收藏和利用管理辦法，我校的博士、碩士學位獲得者均須向南開大學提交本人的學位論文紙質本及相應電子版。 本人完全了解南開大學有關研究生學位論文收藏和利用的管理規定。南開大學擁有在著作權法規定范圍內的學位論文使用 權，即： (1)學位獲得者必須按規定提交學位論文 (包括紙質印刷本及電子版 )，學校可以采用影印、縮印或其他復制手段保存研究生學位論文，并編入南開大學博碩士學位論文全文數據庫； (2)為教學和科研目的，學校可以將公開的學位論文作為資料在圖書館等場所提供校內師生閱讀，在校園網上提供論文目錄檢索、文摘以及論文全文瀏覽、下載等免費信息服務； (3)根據教育部有關規定，南開大學向教育部指定單位提交公開的學位論文； (4)學位論文作者授權學校向中國科技信息研究所及其萬方數據電子出版社和中國學術期刊 (光盤 )電子出版社提交規定范 圍的學位論文及其電子版并收入相應學位論文數據庫，通過其相關網站對外進行信息服務。同時本人保留在其他媒體發表論文的權利。 非公開學位論文，保密期限內不向外提交和提供服務，解密后提交和服務同公開論文。 論文電子版提交至 校圖書館網站： 。 本人承諾：本人的學位論文是在南開大學學習期間創作完成的作品，并已通過論文答辯；提交的學位論文電子版與紙質本論文的內容一致，如因不同造成不良后果由本人自負。 本人同意遵守上述規定。本授權書簽署一式兩份，由研究生 院和圖書館留存。 作者暨授權人簽字： 20 年 月 日 南開大學研究生學位論文作者信息 論文題目 姓 名 學號 答辯日期 論文類別 博士 學歷碩士 碩士專業學位 高校教師 同等學力碩士 院 /系 /所 軟件學院 專業 軟件工程 聯系電話 通信地址 (郵編 )： 備注： 是否批準為非公開論文 否 注：本授權書適用我校授予的所有博士、碩士的學位論文。由作者填寫 (一式兩份 )簽字后交校圖書館 ，非公開學位論文須附南開大學研究生申請非公開學位論文審批表。 南開大學學位論文原創性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師指導下進行研究工作所取得的研究成果。除文中已經注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含任何他人創作的、已公開發表或者沒有公開發表的作品的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創性聲明的法律責任由本人承擔。 學位論文作者簽名： 年 月 日 非公開學位論文標注說明 根據南開大學有關規定，非公開學位論文須經指導教師同意、作者本人申請和相關部門批準方能標注。未經批準的均為公開學位論文，公開學位論文本說明為空白。 論文題目 申請密級 限制 ( 2年 ) 秘密 ( 10 年 ) 機密 ( 20 年 ) 保密期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 審批表編號 批準日期 20 年 月 日 南開大學學位評定委員會辦公室蓋章 (有效 ) 注： 限制 2年 (可少于 2年 );秘密 10年 (可少于 10 年 );機密 20年 (可少于 20年 ) 摘要 摘要 到目前，實時操作系統廣泛應用于各個領域，越來越受到信息領域人們的重視。在實時操作系統中，基于 嵌入式實時操作系統，由于源碼的開放性、高可擴展、利于定制和管理，以及穩定性的 統，日益引起人們的歡迎和關注。但 統并不是真正的實時操作系統，應用到 嵌入式 實時性方面必須對其進行實時化改造。而實時化改造 統，組建一個基于 源的、通用的、廉價的以及效率高的實時操作系統是目前實時操作系統的趨勢之一，如何增強 嵌入式 實時性是當前實時操作系統研究的重點課題之一，也是國內外計算機行業研究的熱點之一。 本文的工作正是研究嵌入式 核的實時性能改進，在分析 核源代碼的基礎上，針對 核 在嵌入式 實時性 方面存在的 問題 進行分析 ，從實時操作系統的 可搶占 性 、確定性、中斷延遲、上下文切換、調度延遲 5 個性能指標出發，主要分析了進程調度機制和中斷技術 ，進程調度主要包含了上下文切換和調度延遲兩方面，中斷技術主要用來包括中斷延遲 。首先，本文將 法與嶄新的 程調度機制相結合，賦予 法調度，在保持了本身系統調度算法特征的同時， 有效地改進了 實時調度能力，其次，參考中斷線程化的思想，將非實時中斷線程化，使其延遲處理非實時中斷處理程序，迫使非實時任務的優先級低于實時任務，使系統優先處理 時任務，系統負載過重的情況下，也能使實時任務的實時性得到預測以及可確定性。最后，對本文的改進方案進行測試，通過對測試數據的分析比較，證明改造后的內核在實時性能上比普通 加適用于目前嵌入式高實 時性應用的開發。 關鍵詞： 嵌入式系統 時調度 實時性 中斷 p to in s In to of as as is a to of it be of of a is of of to of of of of at is of on of .6 to in to of is to of .6 DF DF at by to of to of DF of by of to in on .6 to DF 錄 錄 摘要 . I . 錄 . 1 章 緒論 . 1 課題研究背景 . 1 研究的現狀與意義 . 1 論文組織結構 . 2 第 2 章 . 3 . 3 . 4 進程調度 . 5 內存管理 . 5 文件系統 . 6 進程間通信 . 7 網絡接口 . 7 . 8 高精度計時系統 . 8 軟實時系統和硬實時系統 . 8 非搶占式內核和搶占式內核 . 8 多級中斷機制 . 8 實時調度機制 . 9 嵌入式 時系統的性能分析 . 9 目錄 V 第 3 章 嵌入式 時性現狀分析與改進 . 11 嵌入式 時性分析 . 11 常見 時性提升方案分析 . 13 . 13 . 14 . 16 嵌入式 時性改進思路 . 17 第 4 章 進程調度機制設計與改進 . 19 . 19 進程調度 . 19 數據結構 . 20 調度策略 . 22 實時調度算法的研究 . 25 實時調度器設計 . 26 主要數據結構 . 26 主要算法 . 27 第 5 章 中斷技術的研究與優化 . 32 . 32 . 32 數據結構 . 33 . 35 . 35 . 36 . 37 中斷技術改進 . 39 . 39 改進方案的設計 . 40 目錄 小結 . 42 第 6 章 系統測試與分析 . 43 測試對象 . 43 嵌入式 斷響應測試 . 43 測試原理與方法 . 43 測試結果 . 45 嵌入式 程調度測試 . 45 測試原理與方法 . 45 測試結果 . 46 結論 . 48 研究工作總結 . 48 未來工作展望 . 48 參考文獻 . 49 致謝 . 53 個人簡歷 在學期間發表的學術論文與研究成果 . 54 第 1章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題研究背景 從嵌入式系統的出現，到現在已經有了幾十年的發展歷史，嵌入式技術目前已進入了一個相當成熟的階段。嵌入式系統有一個顯著的特征 可預測性和實時性，該特征使其廣泛應用到多個應用領域，例如高速鐵路、航空等這些應用。在一個優秀嵌入式系統環境中，需要具備支持多任務、實時性的特征，因此廣泛應用的嵌入式系統必須具有與外部環境實時交互的能力。 隨著 信息技術的飛速發展，由于需求迅速的變化，嵌入式實時系統越來越在各行各業中發揮著巨大的作用。因此，研究嵌入式系統有著相當重要的實際意義，特別是實時性更是關鍵技術之一。 于自身的特點源碼開放性，成為實時系統和嵌入式系統方向上的一個研究熱點。由于 實時性方面的不足，以及現實應用中的實際需求，需要對 作系統的實時性進行改造。其中最重要的工作是分析 進程調度機制和中斷技術以及搶占性，進而來整改 核來增強系統實時性的方法，其最終滿足實時性的需求。 研究的現狀 與意義 因 一個自由的、開放源代碼的、免費的操作系統，它允許所有用戶根據自身的實際需求對它進行編輯和修改。目前，行業內已經大量出現了基于實時系統，如 ，這些實時性操作系統中的大多數已成功廣泛的應用到各個領域，甚至有些已經應用在軍事和航天、鐵路等重要領域，取得了很大進步。 在最近幾年內，由于通信行業技術的不斷進步和市場需求的不斷增加，促進了嵌入式設備的迅速發展，從而也推動了 身的發展。 身有很多的優點和現已在市場上流行的實 時性 統，引起了國內外計算機行業越來越多的關注，實時系統研究已經逐漸壯大發展起來。但是對 入式實時性的深入研究，目前國內比國外較滯后。但總觀世界各國越來越對 關注，特別是韓國和德國在政策上對 統的大力支持，說明 統在生活中第 1章 緒論 2 起到了越來越重要的作用。 在現今的社會背景，特別是通信行業對實時性任務的需求越來越大，因此，加強對 統實時性技術的研究和改進對當今社會有很大的價值和現實意義的論題。 論文組織結構 其源碼的開放性、功能非常完善 性，穩定性又高、可靠性又好、資源又豐富的特點，得到了業界一致好評，但要將其應用于相應的實時性領域，則需對 統進行改造。論文主要對 嵌入式實時性技術進行了系統性研究，主要內容包括： 1基本概念的進一步研究。通過閱讀大量相關書籍和期刊，對嵌入式實時系統的相關概念、基本特性和狀態等進行了詳細述說，對 作系統的部分構成和主要特色、性質進行分析。 2、通過對目前流行的嵌入式實時性操作的深入分析，找出 核中影響實時性能的關鍵因素，確定了本文對內核改造的方向和具體的出發點。 3 詳細述說了 核進程調度的基本觀念，在對目前廣泛傳播的實時調度算法進行深入研究的基礎上，實時內核的進程中實現了 先算法，來提高在實時性方面進程調度問題。 4通過闡述 斷技術的機制，來進行改進中斷技術來提高系統的實時性。 5對 核源代碼在原有系統的基礎上進行改進和編譯，并測試了編譯后系統的實時性。 論文的具體章節安排如下： 第 l 章緒論 第 2 章 時操作系統 第 3 章 嵌入式 時性現狀分析與改進 第 4 章進程調度機制 的設計 與改進 第 5 章中斷技術的研究與優化 第 6 章 系統測試與分析 第 2章 嵌入式 時操作系統 3 第 2 章 時操作系統 時操作系統簡介 需要對外部事件進行及時響應并處理的領域主要通過 實時系統 因此 ， 我們研究的 實時系統最關鍵的因素 是 對時間的響應。系統 在 輸入 時產生 的及時響應，對輸出 時會 按需提供，無延遲的處理 也就是實時系統 。 在 念 如下： 產生系統輸出的時間對系統是至關重要的系統就是實時系統。從輸入到輸出的延遲時間必須滿足小到一個可以接受的時限 (因此實時邏輯的正確性不僅依賴 于輸出結果的時間，還取決于正確的計算結果。 實時操作系統是指對特定的功能或者對外部的異步事件在特定的時間范圍內完成并做出響應的實時操作系統。實時操作系統應當在限定的時間內完成 ,還 需要邏輯結果的準確性。 實時操作系統具有以下特征： 每個任務，就是一個進程，每個進程都被賦予一定的領先級，擁有獨自的作系統允許同步多個進程并發共享一個 為多任務運行。 而事實上， 同一時刻只能激活一個進程，而這種進程間的切換在所有進程完成前一直進行。 上下文切換是多任務調度的核心內容， 基礎 。 上下文切換 (一個 過程包括保存一個被掛起進程的上下文而且進程再次獲取 夠恢復其上下文的運行環境。 上下文切換包括以下幾個環節： (1) 確認能否做上下文切換且能否允許做上下文切換。 (2) 保存當前進程的運行環境。 (3) 使用任務調度器，從就緒隊列中選擇合適的進程。 第 2章 嵌入式 時操作系統 4 (4) 恢復并設置所需進程的運行環境，合理使用 3. 分發器 調度器的 一個 重要 環節 是分發器，它負責執行上下文切換 并且 改變執行的順序 。在實時操作的系統中，任 一 時間執行的進程在一個應用任務、一個中斷處理兩個區域的其中一個。當中斷離開時，分發器負責 把 控制信息傳 至 用戶應用任務中的一個。 4. 調度算法 當系統執行進程間切換時，調度器 依 當期所選的調度算法從 適合 的進程隊列中選擇進程， 通常， 實時操作系統的調度算法與其它操作系統 存在偏差 ，通用系統的調度算法一般 遵守 先進先出的公平策略，實時調度器則遵循實時進程的需要來決定選擇進程，從而決定哪個進程優先處理。 體系結構 核 主要由 5個模塊構成，它們分別是：進程調度模塊、內存動態分配與釋放模塊、文件操作系統模塊、進程間通信模塊和網絡接口模塊。進程調度模塊的使用過程用于控制 源，使其各個進程能夠公平和合理使用 時保證內核的正常運轉以及 時執行硬件操作。內存動態分配與釋放模塊用于確保所有進程能夠穩定地使用共享內存區，對內存使用虛擬化 管理，使其 程在使用過程中得到更大的擴張容量，并可以把外部存儲設備通過虛擬化管理使其存儲文件系統暫時不使用的文件，在內存和外部存儲設備間進行 切換。 對外部設備驅動程序和存儲的支持由文件系統模塊完成。虛擬文件系統模塊借助向外部存儲設備提供一個通用的虛擬操作接口，進而提內 存 管 理進 程 調 度文 件 系 統 進 程 間 通 信網 絡 接 口圖 核模塊結構關系圖 第 2章 嵌入式 時操作系統 5 供、支持與其它操作系統兼容的多種文件系統格式。進程之間通信模塊子系統用來支持多種進程間的信息交換。網絡接口模塊提供對多種網絡通信標準的訪問，尤其是協議棧的支持極為優秀。 所有模塊均與進程調度模塊存互相配合、相互補充的關系。因它們都依賴進程調度來掛起（暫停）或重新運行其進程。平常，某個模塊會在等待系統資源時被掛起，而在操作完成后方可繼續運行。 進程調度 進程調度程序是決定所 有進程中進度的執行順序，選擇下一個需運行的進程，是 作系統的核心。進程調度程序可認為是在有限的資源下怎樣合理使用系統資源進而運行進程的內核子系統。進程調度時機： (1) 進程狀態轉換時：如進程終止、睡眠等。 (2) 可運行隊列中增加新的進程時。 (3) 當前進程的時間片耗盡時。 (4) 進程從系統調用返回到用戶態時。 (5) 內核處理完終端后，進程返回到用戶態。 我們所使用的通用調度算法都是基于優先級的調度算法，每一輪的進程調度都是在進程就緒隊列中由進程調度函數通過調度算法決定哪個進程該存放在進程 運行隊列中。通用 核提供 3 種調度算法： 進先出的任務調度算法。系統采用該調度算法時，進程進入就緒隊列那一刻時，就決定了該進程的優先級，一旦進程掌控了 源只要改進程完成或者自動退出才會釋放 源。 R：時間片輪轉的任務調度算法。該調度算法的策略是當進程的時間片用完，系統將重新分配時間片，并把該進程的描述符置于就緒隊列隊尾，放在隊尾保證了所有具有相同優先級的 務的公平調度。 通分時進程的調度策略 內存管理 內存 管理子系統主要包括以下功能： 第 2章 嵌入式 時操作系統 6 (1)地址映射 核使用頁式內存管理，應用程序給出虛擬 內存 地址，它需經過若干級頁表 逐級 的變換，才變成真正的物理地址 。 (2)虛擬地址管理 每個進程 與每 個 構 相 對應，它指向一個 構， 此即 該進程的內存管理器 ， 用戶程序對內存的操作（分配、回收、映射）都是對 操作，具體是對 的虛擬內存空間的操作。這些 表著進程空間的各區域，如堆、棧、代碼區、數據區、各種映射區等 。 (3)物理內存管理 確保 內存管理程序全部 進程都能均衡地訪問計算機的內存資源， 如此 即可 保證系統性能的 完美 。 (4)共享內存 內存管理程序允許進程進行內存共享。 文件系統 文件系統 就是 文件存在的物理空間 。 設計 伊始 就 考慮 到支持大量不同的物理設備。 文件系統體系結構是一個對復雜系統進行 非具象化 的 結構 。 它包含 了一個文件的 屬性信息（如 長度、創建 和 修改時間、權限、 隸屬 關系、磁盤中的位置等 ） 。 通過使用一組通用的 數， 以在許多種存儲設備上支持多種文件系統 。 在 統中 。事實上 每一 分區 均指代 一個文件系統， 并且 都有 其單獨 的目錄層次結構。 把 這些分 別隸 屬不同分區的、 獨立 的文件系統 依據限 定方式 ，組成 一個總的系統目錄層次結構。 每個 操作系統的運行 都要靠 文件的 具體 操作 來完成 ， 所以自身 文件系統 一定 要 持有 并維護。 在 統中， 文件系統 的功能是 用來記錄文件信息 的 ，就稱謂 索引節點 。就像 作系統中的 文件分配表 一樣，索引節點的功能與 作系統中的 文件分配表 一樣 。 事實上， 一 個文件系統 來 維護一個索引節點的數組，索引節點數組中的唯一一個元素都與每 一 個文件或目錄 相互 對應。每個索引節點系統 都被 分配了一個號碼， 這就是該 節點在數組中的索引號， 稱 謂 索引節點號。 在 件系統 中， 在系統的目錄中同樣保存有 文件索引節點號和文件名。所以 ，目錄 就 也就是 將文件名稱 以及其 索引節點號 結合然后 在一起 形成 的一張表， 目錄中的一個連接是由 一對文件名稱 與其 索引節點號 結合 組成 。 系統中的每 個文件 都與 唯一的索引節點號 是 相互 對應 的 ， 同時，每 個索引節點號 不是只第 2章 嵌入式 時操作系統 7 對一個文件名，它 可以與 不同的 文件名 相互 對應。 故而 ， 可以 在磁盤上 通過不相同的路徑去訪問、查看、更改 同 一個 文件?？梢杂?令 把一個已經存在的文件再次建立另外一個新的連接 ， 然而并 不 用 復制文件的 具體 內容。連接 分為軟連接 與 硬連接 ，軟連接 也 稱謂 符號連接。 進程間通信 進程間各種各樣的通信機制由進程通信支持。 常見的進程通信機制有：網絡 制、管道 (有名管道 ( 管道：普通管道通常是半雙工的單向傳輸只在父子或兄弟進程間使用，命名管道是雙向傳輸的通信方式，可在任意進程之間傳輸。 消息隊列：消息隊列是另一種常用的進程間通信。在擁有足夠權限的前提下進程可以對消息隊列進行相互的傳遞信息。 共享內存：共享內存是最快的進程間傳輸方式。這個機制允許進程共享它們內存的一個區域。 信號量 (主要是供給進程間和同一進程不同線程之間的同步方法。 套接口 (是普遍的線程間通信機制，可用于不同機器之間的數據交換。 網絡接口 統提供了非常豐富的網絡功能，基本都支持現有互聯網的網絡協議，其中非常完善的支持了 P 協議。 P 協議也是當今互聯網最流行的協議之一，也是網絡間終端與終端互聯的基礎。 絡系統通過 口向其它子系統提供服務， 建立和管理是通過系統調用完成的。 第 2章 嵌入式 時操作系統 8 時系統特 點 高精度計時系統 計時精度是影響實時性的重要因素，在實時性系統中，往往需要準確滴確定一個進程或任務的實時操作， 這些不僅取決于一些硬件時鐘精度，而且還依賴于高精度 計 時功能在實時操作系統的實現。 軟實時系統和硬實時系統 實時系統共分為兩種類型：軟實時系統、硬實時系統。在軟實時系統中，系統的意圖是使各個任務運行得越快越好，并不要求控制某一任務必須在一定長時間段內完成，此類系統并沒有真正實時操作的要求，其對操作系統的實時性要求比較低，一般的實時操作系統均能滿足此要求。在硬實時系統中，每 個任務不但要執行無誤并且要做到準時無誤，其對操作系統的實時性要求較相當嚴格，在系統設計時候要非常注意實時性的性能滿足問題，對實時操作系統的偽實時的特征應進行仔細分析研究。很多實際應用的實時系統是以上二者的合理結合。 非搶占式內核和搶占式內核 實時內核不同于普通內核，普通內核一般是不能搶占，實時操作系統需要實現當優先級更高的就緒進程就必須調度該進程，需將內核分為非搶占式內核和完全搶占式內核。當進程處于核心態或者中斷調用后，那么搶占性內核必須能夠把當前優先級最高的就緒進程進行調度，而非搶占性內核由 于自身不存在該能力，從而導致進程調度的不確定。 多級中斷機制 一個實時的應用系統通常需要處理的各種外部信息或事件，但 根據進程 的緊迫性處理的優先順序。一些 進程必須 立即 做出 反應，而另一些 進程 可能在處第 2章 嵌入式 時操作系統 9 理延遲。因此，需要建立一個多層次嵌套中斷機制，以確保實時事件對較高的及時響應和處理的緊迫性 。 實時調度機制 實時操作系統不僅響應實時事件中斷，而且及時運行實時任務調度。然而，處理器調度不可任意切換，因為涉及到兩個過程以確保只有在 “時間 切換 ”點 進行切換。 實時調度機制包括兩個方面，一是保證優 先級調度策略和算法的實時任務調度；二是更多的 “切換 ”的時間點建立實時任務的調度，確保及時 處理實時進程。 嵌入式 時系統的性能分析 實時操作系統由于受制于事件響應的特定需求，判斷一個實時操作系統的好壞，其標準有其特殊之處，主要是對外部實時事件實時響應特性和操作系統本身行為的可預測性。 任務調度機制、調度算法、中斷處理方式和內存管理機制等幾個主要影響實時性能的方面可對系統的實時性能產生影響?？傮w上，搶占式調度要比非搶占式調度占優勢，調度一定是要基于任務優先級的，任務調度算法也須是實時調度算法 ， 最直接的評價方法就是通過測試環境和測試程序對實時操作系統進行系統響應延遲時間的測量。 評判操作系統是否實時操作系統， 應著重 考慮以下指標： 1可搶占 (實時操作系統 有明顯的可搶占的特點， 必須 具備 可搶占的 主要 功能。搶占的意思就是指 當系統處于 在 內核 態運行的時候 ， 準許任務的再一次 調度。搶占有利于 提高應用對異步事件的響應性能力。操作系統內核可搶占并不 是 表示任務調度 可以在任何一個時間段 都會發生。 2確定性 (實時操作系統 在某一個既 定條件下，系統 調用的運行時間 必須可以 精確劃定。 然而 所有系統調用 并不表示 都 會 一直執行 某個 固定時間，而是指 不管 系統環境怎樣，系統調用的最大執行時間 都可以被 確定。 第 2章 嵌入式 時操作系統 10 3中斷延遲 (中斷延遲 的含義在于 從硬件中斷 從 發生 到 開始，執行中斷處理程序 第一條指令之間的時間 周期 。系統關中斷的時間就是 對 中斷延遲 產生影響 的最大因素。 4上下文切換時間 ( 在一個多 任務系統 運行的環境下 ，上下文切換 就是 指 通過運行 一個 任務 轉移 至 另一 個就緒 任務的事件發生 時 ， 調整 對 控制 權 ，當 前運行的 進程 就緒 、 掛起 或刪除，另一個 被選定的就 緒 任務 選擇成為當前 進程 。上下文切換包括當前任務 的 保存。 5調度延遲 (調度延遲 是指當運行低優先級任務的進程中出現了 比原來 更高的優先級進程的時刻 ， 到該進程被調度后開始運行之間的時間來 測算 。 它 主要取決于當前進程的優先級以及系統采用的調度算法。 第 3 章 時性現狀分析與改進 11 第 3 章 嵌入式 時性現狀分析與改進 嵌入式 時性分析 標準 1內核不可搶占 在經過眾多 發 人員的努力改進， 在 本 中， 內核已經可以被 允許搶占， 而且 實時性 也 得到了 進一步增強 。但內核中仍有大量的不可搶占區域和一些使用 效搶占的臨界區。譬如， 程都 處于 內核態運行 狀態 ， 當 刻， 程被中斷，在中斷處理程序結束前的某一 個 時間點，優先級更高的 程變為了可執行狀態，由于內核是不可搶占的， 所以 在中斷返回后 程 續運行，直至進程 束，調度程序被調用，切換至進程 程 著開始 運行。 這一情況 下，優先級 更 高的進程 執行被延遲了，實時系統的性能 受到了 嚴重 的干擾 。如 圖 示： 2中斷關閉 斷 指令 在一些同步操作 中 使用 時 ，內核進程 反復 中斷禁用 是 為 了 盡快 完成任務 。 如 若 低優先級進程關閉中斷，中斷發生時系統， 即便 有一個高優先級的實時過程將不響應 ， 中斷關閉將增加中斷延遲， 降低系統的 實時 性 。 3自旋鎖 (進 程 P 2 進 程 P 1 中 斷 進 程 P 1進 程 P 2進 程 優 先 級時 間T 1 T 2T 3圖 核態運行的進程 第 3 章 時性現狀分析與改進 12 自旋鎖 主要應用于在內核態對共享資源的合理控制，當多個進程需要使用相同資源時通過自旋鎖可以是解決惡性競爭以及資源的浪費。當兩個進程需要同時訪問某一資源時，獲取到資源的進行將進行加鎖過程防止資源被另一進 程搶占，也就是說在加鎖期間搶占會失效，知道該進程釋放資源，另一進程才能使用該資源。在通用系統中 ， 自旋鎖是非常普遍的 ，有的甚至 對 數組或 鏈表 的中 使用自旋鎖。因此，搶占延遲 是 非常不確定的。 4大內核鎖 由于通用 期設計的需要使用了大內核鎖，出于種種原因發展至今還保持了幾個大內核鎖，但由于大內核鎖是應用于整個內核的，因而造成完成進程的延遲以及不確定性，也是實時性內核需要解決的。 5中斷總是最高優先級的 在 ，中斷（包括軟中斷）是最高優先級的任務，無論在任何 地方任何時刻 ， 一旦發送中斷，系統會立 即暫停當前進程執行中斷所需要的中斷函數以及后續處理。在通用 統中實時性任務不能得到合理的保證，比如當系統一直存在中斷或者系統負載過重，那么 源一直處于中斷事件中，那么系統會在一直停留在中斷狀態，而沒有事件處理實時性任務，因而不能保證實時性任務的正常運行。 因此， 中斷 機制 得不到改進 ，將永遠無法實現實時 圖 示，當任務 1 運行到 ，一直存