與物理世界的互動可能很棘手？甚至危險！假設(shè)您有一個控制化學(xué)過程的物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 應(yīng)用程序 - 可能是用于航空航天任務(wù)的外來化學(xué)品。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備包括溫度傳感器， 壓力， 流量， 和油箱液位以及泵的執(zhí)行器， 加熱器和閥門 ？包括一個準(zhǔn)備排放高壓的泄放閥。在這種情況下，您可能會運(yùn)行分析和報告軟件，接收傳感器讀數(shù)，并控制各種泵、加熱器和閥門。借助物聯(lián)網(wǎng)，可以通過通常運(yùn)行復(fù)雜應(yīng)用程序的網(wǎng)關(guān)和控制器將計(jì)算推向邊緣。

現(xiàn)在，危險就在這里：讓我們假設(shè)化學(xué)反應(yīng)可以在幾乎沒有警告的情況下失控，產(chǎn)生突然的災(zāi)難性壓力峰值。為了使事情變得有趣，我們將添加一個高壓反應(yīng)容器，該容器在壓力過大的情況下可能會發(fā)生災(zāi)難性故障。事實(shí)上，如果壓力超過 5，000 psi，則必須在壓力事件發(fā)生后半秒內(nèi)打開泄放閥以防止破裂。

通常，響應(yīng)這種突然的壓力事件不會有問題。但是，如果這個控制系統(tǒng)負(fù)載很大 - 正在生成報告，垃圾收集器進(jìn)程正在運(yùn)行，接收正常溫度和壓力事件，并且用戶正在與系統(tǒng)交互 - 同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生超壓情況，會發(fā)生什么？重載控制系統(tǒng)可能無法及時響應(yīng)以防止損壞。

答案是使用操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，這些操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序旨在使重要事件能夠搶占不太重要的活動。這就是Real-Time Linux（RT Linux）的用武之地：一個已經(jīng)擴(kuò)展到可預(yù)測地響應(yīng)關(guān)鍵事件的Linux。

RT Linux 為開發(fā)人員、系統(tǒng)管理員和用戶提供了一個熟悉的環(huán)境。它使用標(biāo)準(zhǔn)的 Linux 驅(qū)動程序、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和接口。RT Linux運(yùn)行實(shí)時應(yīng)用程序，在現(xiàn)代處理器上運(yùn)行時滿足許多實(shí)時應(yīng)用程序的要求。它提供了一個現(xiàn)代開發(fā)環(huán)境，并集成到現(xiàn)代分布式系統(tǒng)中。

從本質(zhì)上講，實(shí)時的概念很簡單——在可預(yù)測的時間內(nèi)響應(yīng)高優(yōu)先級事件。請注意，這不會說得很快，而是可以預(yù)見。成功的實(shí)時實(shí)施的秘訣是從可預(yù)測性開始，然后調(diào)整系統(tǒng)規(guī)模以提供所需的性能。

RT Linux 是標(biāo)準(zhǔn) Linux 的擴(kuò)展，它以多種方式解決可預(yù)測性問題。首先，它提供了廣泛的搶占支持，以便高優(yōu)先級任務(wù)可以從低優(yōu)先級任務(wù)接管對系統(tǒng)的控制。它還使用高分辨率計(jì)時器，以便更高優(yōu)先級的任務(wù)可以控制系統(tǒng)的點(diǎn)之間的時間更少。最后，它采用增強(qiáng)的中斷，使關(guān)鍵事件優(yōu)先于不太重要的事件。

在上面的例子中，RT Linux 將以通常的方式處理正常的工作負(fù)載——報告、分析、垃圾收集、用戶交互等的行為都與通常相同。來自傳感器和執(zhí)行器的消息將優(yōu)先于其他任務(wù)，以便在一致、可預(yù)測的時間內(nèi)處理它們。緊急超壓消息和對泄放閥的命令將優(yōu)先于其他一切，并立即處理 - 無論系統(tǒng)中發(fā)生什么其他事情。

如果Linux可以處理實(shí)時，你可能想知道為什么仍然使用專用的實(shí)時操作系統(tǒng)。專用的實(shí)時操作系統(tǒng)可以提供更強(qiáng)的確定性行為，尤其是在確定性硬件上。這在過去一直是一個強(qiáng)有力的因素。

然而，現(xiàn)代系統(tǒng)——具有豐富指令集的多核處理器、多問題/亂序處理、多級緩存和復(fù)雜的 I/O 子系統(tǒng)——在確定性行為方面存在問題。在這些系統(tǒng)上，使用傳統(tǒng)方法來證明任務(wù)將在指定的時間內(nèi)完成是極其困難的?，F(xiàn)代硬件也使用現(xiàn)代軟件 - 包括強(qiáng)大的編程語言，復(fù)雜的框架和庫，豐富的開發(fā)和調(diào)試工具 - 所有這些都使得難以證明確定性。

雖然現(xiàn)代系統(tǒng)很難使用形式化技術(shù)來證明確定性性能，但經(jīng)驗(yàn)表明它們可以在提供實(shí)時響應(yīng)方面做得非常出色。仔細(xì)的設(shè)計(jì)、全面的測試和廣泛的基準(zhǔn)測試是使系統(tǒng)能夠滿足實(shí)時應(yīng)用程序需求的方法，即使使用傳統(tǒng)上用于分析實(shí)時系統(tǒng)的形式方法無法證明性能。

對于許多應(yīng)用程序，我們可以重新考慮專用的實(shí)時操作系統(tǒng)，并利用RT Linux必須提供的標(biāo)準(zhǔn)化，功能和靈活性。事實(shí)上，問題不在于是否將Linux用于實(shí)時應(yīng)用程序，而在于使用哪種RT Linux：用于嵌入式應(yīng)用程序的精簡極簡Linux，用于復(fù)雜應(yīng)用程序的全功能企業(yè)Linux，或者您可能已經(jīng)有經(jīng)驗(yàn)。

審核編輯：郭婷