linux内核的分析及实时性改造

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1、摘要实时操作系统是近年来研究的一个热点，与常见的通用操作系统相比，实时操作系统的特点在于系统的正确性不仅依赖于逻辑的正确性，还取决于输出结果的及时性。目前的实时操作系统广泛应用于国防、工业自动控制、通信等领域。Linux2．6内核在2003年底发布以来，已经被大量测试和实际应用证明其是一个高效稳定的内核。相比2．4内核，2．6采用了一些新技术使得实时性有了很大提高，如可抢占式内核、新的O(1)调度算法等。这些以及其他相关的背景工作使得将Linux转交为实时操作系统(RTOS)成为可能。尽管实时操作系统的开发者可以从这些改变中受益，但是Linux2．6仍然不是一个实时内核。因此

2、需要对Linux2．6内核进行实时化改造，进一步提高实时性。本文在对Linux2．6内核源代码进行研究的基础上，对Linux2．6内核的进程调度机制、时钟机制等进行了深入的分析和总结。作为改进方案，针对Linux2．6内核时钟机制中时钟粒度过粗的问题，借鉴了Kurt-Linux有关时钟机制的改造思想，将One．ShotMode(单次触发模式)引入了Linux2．6定时器，巧妙地实现了新的时钟机制。使得系统在达到了微秒级时钟精度的同时，保持了原有的负载能力；针对Linux2．6内核进程调度机制中缺乏实时调度策略的问题，借鉴了优秀的动态实时调度算法LSF(最小裕度优先算法)的“裕

3、度”思想，将其与崭新的Linux2．6进程调度结构相结合，在保持了原有系统O(1)调度特性的同时，有效地增强了实时调度能力。通过测试，本文所采用的以实时进程的“裕度”值为连接纽带，实时动态调度机制与单次触发细粒度时钟机制相结合的改进Linux系统，在实时性能上较Linux2．6内核有了进一步的提高，更加适用于嵌入式实时性应用的开发。关键词：Linux，内核，实时，时钟粒度，调度AbstractStudyofReal-timeOperatingSystem(RTOS)isnowahottopic．ComparedwithcommonOS，RTOShasthecharacteri

4、sticthatitsvaliditydoesnotonlydependonthelogisticcorrectness，butalsodependsonoutputtingresultintime．RTOSarewildlyusedinfields，suchasdefense,industrialautomationcontrolandcommunication．Afterbeingreleasedinearly2004，Linux2．6kernelhasbeenprovedtobestableandhighefficient．Comparedwith2．4versionk

5、ernel，2．6hasbeenimprovedinreal-timeperformancebyadoptingsomenewtechnologies，suchaspreemptivekernel，newo(1)schedulealgorithmetc．AlthoughthedeveloperofRTOSc姐benefitfromthesechanges，Linux2．6isstillnotare21-timekernel．AllthesechangesmakeitpossibletoconvertLinuxtoaRTOS．SothereformingofLinuxkerne

6、lisneededwhichimprovereal-timeperformance．OnthebasisofreadingandresearchofLinux2．6kernelresourcecodes，thepapergivesthedeepanalysesandsummariesofLinux2．6kernel’staskschedulermechanism，timermechanism．Astheimprovementsolution,AstotheproblemofLinux2．6kernel'stoolargetimergranularityintimermecha

7、rtisan,One-shotModeisintroducedinLinuxtimersfromtheprincipleoftimermechanismimprovementinKurt-Linux．theflewtimermechanismisimplementedskillfully．ThenewtimermechanismmakesthesystemreachedthemicrosecondlevdtimerprecisionandmaintainsitsoriginalLoadcapabilit