Linux之抢占式内核
作者： 来源：zz 发表时间：2008-05-08
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SourceForge 的kpreempt 项目同时也含有Robert Love开发的抢占式内核的连接（请看2002年4月和5月出版的Linux杂志，其中介绍了他对内核改进的详细信息）。 另外 MontaVista的补丁也由Love维护（
现在Robert Love已经归于MontaVista麾下），虽然MontaVista 也参与维护工作。最新的补丁可在
此处下载。TimeSys还为实时程序开发者提供了许多额外功能，这些功能不能无偿下载。它们包括实时调度和实时资源分配技术。这些模块填加了额外的系统调用，比如提供对新增功能的访问方法等。
如果那些朋友对这些细节感性趣，可以通过我们提供的许多线索找到想要的信息。自旋锁机制的关键信息包含在文件include/linux/spinlock.h中，MontaVista 和TimeSys都对该文件进行了修改。
有趣的是，虽然MontaVista 和TimeSys都对旧函数改了名字，但是他们仍然使用这些旧函数。以前老的自旋锁函数仍然需要。比如不允许在调度程序执行期间发生抢占内核的行为，否则会带来无穷无尽的递归调用。MontaVista使用象_raw_spin_lock和 _raw_read_lock这样的命名；TimeSys 使用象old_spin_lock 和 old_spin_lock_irq这样的命名。
可以在TimeSys发布的代码kernel/include/linux/mutex.h中发现它是利用write_lock() 和 read_lock()函数——他们实现了互斥锁——定义自旋锁的。具体实现函数do_write_lock()可以在文件kernel/kernel/mutex.c中看到，它实现了互斥锁定功能。
其它的内核实时方法
另一个能有效提高实时性的方法是提高时钟的粒度。TimeSys, MontaVista, REDSonic 和其他公司都提高了时钟解析度，比如，TimeSys 在上下文切换期间使用Pentium处理器的时间戳计数器（Stamp Counter）来确保准确地对CPU时间进行记帐，该记帐值要被诸如 getrusage()等函数用到。
许多开发者，也包含作者都认为Linux缺乏对POSIX1003的全面支持是个很重要的缺陷。幸运的是，目前已经有了解决方法，特别是，TimeSys公司已经有了一个不错的实现。
除了对POSIX的贡献外，TimeSys已经开发了一些全新的资源访问控制机制。这些新技术使得实时应用程序可以节约CPU时间或网络带宽。比如结合它们的中断线程模型、抢占式内核和其它功能，能提供高出标准内核2或3倍的响应速度。
到目前为止，Linux好象还不允许让用户空间应用程序自己注册函数处理中断，该机制称为用户空间中断处理机制，它目前已经在RIX、SGI's UNIX等系统中得到使用。
有趣的是，SGI在Linux中，利用他们的ds1286实时时钟接口，可以从用户空间通过一个实时时钟访问中断。可以在
这里找到相关信息.
和用户级别中断处理相关的是用户空间和设备的DMA通讯，提供此功能的补丁可以从
这里获得。保证
显然，没有哪个实时Linux厂商愿意保证响应速度。如果提供保证的话，那么应该类似下面的声明：
使用我们的Linux内核，和所需的硬件与设备等，我们可以保证你的应用程序如果被锁在内存，具有最高优先权。。那么将能够在你实时硬件发出中断信号后的N微妙内被唤醒。如果你无法获得上述能力，我们将视其为一个bug。
但是我们从没看到过该类保证，这是为什么呢？ 我们认为有如下几种可能。
厂商的这种保证毫无意义，没有客户需要它。但我们认为许多开发者希望获得保证，事实上，硬实时本身就意味着一个保证。
厂商没有充分测量他们的内核和环境，以至于有能力给出一个保证。这是一个小花招。因为单独测量无法给出另人满意的保证，代码必须在所有环境中被测试而且要在最坏情况下测试。从厂商的宣称中，看起来它们似乎已经花了大量精力去测量和学习代码，但事实上，对工程师来说可能给出给定环境下的一些数据更能让人放心。
如果考虑所有需要保证的方面，Linux所涉及的方面实在是太多了。这点可能就是问题的所在。开发者希望能够改写他们的内核，他们希望能下载驱动程序并使用。这些行为都超出了厂商的控制，所以如果厂商公开声明一个保证，就有可能仅仅是针对某一个特定系统在一些选定的情况下才有效的。
也许我们会看到某些妥协的保证，例如像“在Pentium 系列的计算机上应用程序响应速度为100ms或更短”另外加上驱动程序花去的时间。驱动程序使用的时间非常重要，因为驱动程序中的中断处理代码往往在响应时间中占主要部分。
下一次讲什么？
在第三篇文章中，我们将讨论Linux内核以外有何其它方法提高实时性。我们要讨论诸如RTLinux and RTAI所采用的方法。还要借助基准对各种方法进行全面比较。
关于作者: Kevin Dankwardt是 K Computing 公司的创始人和CEO ,该公司是一家硅谷的培训和咨询公司。特别要强调的是，该公司在全球范围内发展和推广嵌入和实时Linux培训。
译者： LinuxSaga——我们是一群Linux爱好者，成为Linux骇客是我们的理想。
我们的网站： www.linuxsports.com
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