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基于Linux的实时平台的研究
随着现代社会的不断发展，实时系统的应用越来越广泛，例如一些自动控制、工业控制、交通控制等。实时系统需要在预定的时间内对输入进行处理，并且输出结果也需要在规定时间内呈现，这就需要实时性较高的操作系统支持。而Linux个庞大的社区和开源特性成为应用范围更加广泛的实时系统的首选。
本文就基于Linux的实时平台进行研究，以探讨其中的优势和存在的问题。
一、Linux的实时特性
Linux操作系统有着广泛的应用范围，随着使用场景的多样化，对于实时应用的需求有所增加。我们抛开一些嵌入式应用中使用的精简版Linux操作系统不谈，对于一般的操作系统来说，实时特性可以分为两类。一类是提供了绝对实时性保障的实时操作系统，例如VxWorks、QNX等，其具有高效的实时任务调度器和对实时应用定制化的API，这些系统主要用在要求系统响应时间非常短、精度要求高的场景；一类是将实时特性融入到传统操作系统中，例如Linux、Windows等，这样的操作系统是基于中断和线程等技术来实现实时性保障，其使用范围相对广泛。
对于Linux操作系统而言，内核的选项也会影响到实时性。为了增加Linux的实时性，有一些较为重要的选项需要进行配置。首先，开启Preemptivekernel选项，内核调用任务时能够中断现有任务并调用更高优先级的任务，从而保证交互尽可能快速。其次，选择更具实时性的工作调度器。Linux中有三种可选择的调度器，分别为CompletelyFairScheduler(CFS)、MultilevelFeedbackQueueScheduler和Real-TimeScheduler，在对实时任务做出特殊的处理方面有很大区别。其中Real-TimeScheduler适合处理需要响应时间尽可能短、实时性要高的任务。同时，还有一些实时性较高的内核算法实现，例如RT-Preempt，可以使Linux内核达到极高的实时性，即使在高负载下也能确保响应时间的短暂。
二、基于Linux的实时平台的优势
1.稳定性：Linux作为安全、可靠的系统经过多年的应用与开发。它已经渐渐成为了平台开发者们的首选操作系统，一些高度稳定、可靠的库支持，例如glibc和ULIB等，使得实时平台的控制和运行更加高效和稳定。
2.架构和生态系统：Linux平台的开发生态系统非常完善，大批应用拥有其相关的工具及文档，包括一整个社区的程序员，专家和爱好者，以各种方式解决各种类型的问题。
3.创新性和开放性：Linux开放性的特点和架构允许企业和专家们自由选择硬件和软件，使得平台的创新度更高，同样也为在其上评估或挖掘各种实时特性提供了有利的条件。
4.开发成本：由于Linux基础、各种应用及工具都是开源和免费的，所以基于Linux的实时平台的开发成本相对较低，对此我们不必考虑操作系统本身的成本。
三、存在的问题
当然，基于Linux的实时平台也存在一些问题，虽然它具有许多优点但还没有完全达到最理想的状态。
1.预测错误：Linux最根本的问题是预测性。基于Linux的实时平台中线程调度完全依赖于内核，相应的系统效率也会受到影响。当开发者预测的操作或输入不符合事先的预期时，响应延迟变得可能或不可避免。
2.上下文切换时间：在Linux实时系统上，切换进程的时间成为了其中的一种主要问题。因此，对于实时需要响应较快的操作而言，切换时间可能成为一个不可避免的问题。
3.核心计算的消耗：另外，进一步扩展Linux内核使其达到最理想的状态需要一定的硬件支持,这可能意味着更多的代价或更高的消耗，具体要求取决于使用场景的各种变化。
四、结论
总的来说，我们还有很多改进的地方，但是基于Linux的实时平台值得我们深入研究。实时性与稳定性是一个实时平台最重要的特征和属性。尽管Linux没有专用实时操作系统的优势，但是它具有广泛的功能和应用，并可以实现可预测性和实时性要求，这是Linux的优势所处的位置。
在未来，Linux内核还需要完善它的实时性能，加强可预测性等方面的问题，从而更好地实现实时控制的需求。同时，未来必然会有更多的实时任务将会进行Linux平台的研究和应用。在该基础上，基于Linux的实时平台也必将成为实时系统应用的重要平台。