建立基于Linux的实时系统

1. 引言

实时系统是一种能够按照预定的时间要求来完成任务的操作系统。Linux作为一个功能强大且灵活的操作系统，已经被广泛应用于各种应用领域，但默认情况下，Linux并不是一个实时操作系统。为了满足实时性的需求，我们需要建立基于Linux的实时系统。

2. 实时系统的概念及特点

2.1 实时系统的概念

实时系统是指能够在指定的时间范围内完成任务，并对任务的响应时间有严格的限制的计算机系统。实时系统广泛应用于工控、航空航天、自动化等领域。

2.2 实时系统的特点

实时系统具有以下几个特点：

可靠性：实时系统需要能够确保任务按照规定的时间要求完成，对于系统故障或延迟都需要进行处理。

可预测性：实时系统需要能够准确地预测任务的执行时间，并能在规定的时间内完成。

响应性：实时系统需要能够实时地响应各类事件，并能够按照要求分配资源。

时序性：实时系统需要能够按照指定的时序要求进行任务的调度和执行。

3. 建立基于Linux的实时系统

3.1 实时补丁的安装

为了将Linux打造成一个实时操作系统，我们需要安装实时补丁。实时补丁能够修改Linux内核，改进其调度算法，提供更好的实时性能。

$ wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/4.14/patch-4.14.131-rt59.patch.gz
$ gunzip patch-4.14.131-rt59.patch.gz
$ cd linux-4.14.131
$ patch -p1 < ../patch-4.14.131-rt59.patch

3.2 实时任务的优先级设置

在建立基于Linux的实时系统中，设置实时任务的优先级非常重要。实时任务的优先级决定了任务的调度顺序。

int main() {
    struct sched_param param;
    param.sched_priority = 99;
    sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, ¶m);
    // 其他代码
}

3.3 实时性能的测试

为了验证建立的实时系统的性能，我们可以进行一些实时性能的测试。通过测试可以获得实时系统的响应时间、任务调度延迟等指标。

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main() {
    struct timespec start, end;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
    
    // 实时任务
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        // 实时任务代码
    }
    
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
    double execution_time = (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_usec - start.tv_usec) / 1000000.0;
    printf("Execution time: %f seconds\n", execution_time);
    
    return 0;
}

4. 总结

通过安装实时补丁、设置实时任务的优先级并进行实时性能的测试，我们可以建立基于Linux的实时系统。实时系统具有可靠性、可预测性、响应性和时序性等特点，通过对实时任务的调度和执行，满足各种应用领域对实时性的要求。

建立基于Linux的实时系统不仅能够提高系统的实时性能，还能够应用于工控、航空航天等领域，为各类实时任务提供更好的支持。