分時操作系統和實時操作系統

　　分時操作系統與實時操作系統之間的聯系和區別你知道是什么嗎?下面由學習啦小編為大家整理了分時操作系統和實時操作系統的相關知識，希望對大家有幫助!

　　一、實時操作系統

　　1.實時操作系統定義

　　實時操作系統(RTOS)是指當外界事件或數據產生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結果又能在規定的時間之內來控制生產過程或對處理系統作出快速響應，并控制所有實時任務協調一致運行的操作系統。因而，提供及時響應和高可靠性是其主要特點。實時操作系統有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規定的時間內必須完成操作，這是在操作系統設計時保證的;軟實時則只要按照任務的優先級，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系統在經過一定改變之后就可以變成實時操作系統。

　　實時操作系統是保證在一定時間限制內完成特定功能的操作系統。例如，可以為確保生產線上的機器人能獲取某個物體而設計一個操作系統。在“硬”實時操作系統中，如果不能在允許時間內完成使物體可達的計算，操作系統將因錯誤結束。在“軟”實時操作系統中，生產線仍然能繼續工作，但產品的輸出會因產品不能在允許時間內到達而減慢，這使機器人有短暫的不生產現象。一些實時操作系統是為特定的應用設計的，另一些是通用的。一些通用目的的操作系統稱自己為實時操作系統。但某種程度上，大部分通用目的的操作系統，如微軟的Windows NT或IBM的OS/390有實時系統的特征。這就是說，即使一個操作系統不是嚴格的實時系統，它們也能解決一部分實時應用問題。

　　2.實時操作系統的特征

　　1)多任務;

　　2)有線程優先級

　　3)多種中斷級別

　　小的嵌入式操作系統經常需要實時操作系統，內核要滿足實時操作系統的要求。

　　3.實時操作系統的相關概念

　　(1)基本概念

　　代碼臨界段：指處理時不可分割的代碼。一旦這部分代碼開始執行則不允許中斷打入;

　　資源：任何為任務所占用的實體;

　　共享資源：可以被一個以上任務使用的資源;

　　任務：也稱作一個線程，是一個簡單的程序。每個任務被賦予一定的優先級，有它自己的一套CPU寄存器和自己的棧空間。典型地，每個任務都是一個無限的循環，每個任務都處在以下五個狀態下：休眠態，就緒態，運行態，掛起態，被中斷態;

　　任務切換：將正在運行任務的當前狀態(CPU寄存器中的全部內容)保存在任務自己的棧區，然后把下一個將要運行的任務的當前狀態從該任務的棧中重新裝入CPU的寄存器，并開始下一個任務的運行;

　　內核：負責管理各個任務，為每個任務分配CPU時間，并負責任務之間通訊。分為不可剝奪型內核于可剝奪型內核;

　　調度：內核的主要職責之一，決定輪到哪個任務運行。一般基于優先級調度法;

　　(2)關于優先級的問題

　　任務優先級：分為優先級不可改變的靜態優先級和優先級可改變的動態優先級;

　　優先級反轉：優先級反轉問題是實時系統中出現最多的問題。共享資源的分配可導致優先級低的任務先運行，優先級高的任務后運行。解決的辦法是使用“優先級繼承”算法來臨時改變任務優先級，以遏制優先級反轉。

　　(3)互斥

　　雖然共享數據區簡化了任務之間的信息交換，但是必須保證每個任務在處理共享共享數據時的排他性。使之滿足互斥條件的一般方法有：關中斷，使用測試并置位指令(TAS)，禁止做任務切換，利用信號量。

　　因為采用實時操作系統的意義就在于能夠及時處理各種突發的事件，即處理各種中斷，因而衡量嵌入式實時操作系統的最主要、最具有代表性的性能指標參數無疑應該是中斷響應時間了。中斷響應時間通常被定義為：

　　中斷響應時間=中斷延遲時間+保存CPU狀態的時間+該內核的ISR進入函數的執行時間[2]。

　　中斷延遲時間=MAX(關中斷的最長時間，最長指令時間) + 開始執行ISR的第一條指令的時間[2]。

　　二、分時操作系統

　　1.分時操作系統定義

　　使一臺計算機同時為幾個、幾十個甚至幾百個用戶服務的一種操作系統。把計算機與許多終端用戶連接起來，分時操作系統將系統處理機時間與內存空間按一定的時間間隔，輪流地切換給各終端用戶的程序使用。由于時間間隔很短，每個用戶的感覺就像他獨占計算機一樣。分時操作系統的特點是可有效增加資源的使用率。例如UNIX系統就采用剝奪式動態優先的CPU調度，有力地支持分時操作。

　　產生分時系統是為了滿足用戶需求所形成的一種新型 OS 。它與多道批處理系統之間，有著截然不同的性能差別。用戶的需求具體表現在以下幾個方面: 人—機交互 共享主機 便于用戶上機

　　2.分時系統的基本思想

　　時間片 ：是把計算機的系統資源(尤其是 CPU時間)進行時間上的分割，每個時間段稱為一個時間片，每個用戶依次輪流使用時間片。

　　分時技術：把處理機的運行時間分為很短的時間片，按時間片輪流把處理機分給各聯機作業使用。

　　分時操作系統：是一種聯機的多用戶交互式的操作系統。一般采用時間片輪轉的方式使一臺計算機為多個終端服務。對每個用戶能保證足夠快的響應時間，并提供交互會話能力。

　　設計目標： 對用戶的請求及時響應，并在可能條件下盡量提高系統資源的利用率。

　　適合辦公自動化、教學及事務處理等要求人機會話的場合。

　　3.工作方式:

　　一臺主機連接了若干個終端;每個終端有一個用戶在使用;交互式地向系統提出命令請求;系統接受每個用戶的命令;采用時間片輪轉方式處理服務請求;并通過交互方式在終端上向用戶顯示結果;用戶根據上步結果發出下道命令

　　分時系統實現中的關鍵問題：及時接收。及時處理。

　　4.特征：

　　交互性：用戶與系統進行人機對話。

　　多路性：多用戶同時在各自終端上使用同一CPU。

　　獨立性：用戶可彼此獨立操作，互不干擾，互不混淆。

　　及時性：用戶在短時間內可得到系統的及時回答。

　　影響響應時間的因素：終端數目多少、時間片的大小、信息交換量、信息交換速度。

　　三、應用例子

　　分時——現在流行的PC，服務器都是采用這種運行模式，即把CPU的運行分成若干時間片分別處理不同的運算請求

　　實時——一般用于單片機上，比如電梯的上下控制中，對于按鍵等動作要求進行實時處理