5分钟搞清楚实时操作系统与非实时操作系统的区别

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导语

谈到实时操作系统，大家一定会提起VxWorks

在物联网开发过程中，经常会听到有人谈起实时操作系统，比如VxWorks，uC-OS II, RTLinux等等，那究竟什么才算是实时操作系统？我们平时用的操作系统，比如Windows，Linux，是否算是实时操作系统呢？看完这篇文章，相信大家就明白了。什么是实时操作系统

实时系统指系统的计算正确性不仅取决于计算的逻辑正确性，还取决于产生结果的时间。如果未满足系统的时间约束，则认为系统失效。
——Donal Gillies 在 Realtime Computing FAQ 中提出的定义。

大家普遍的一种意识是实时性意味着速度快，实际上实时性与任务执行的速度快并不是一回事，实时性的真正含义是指任务的（最迟）完成时间（Deadline）是可确定预知的。
操作系统面对的负载通常是变化的，有时任务少，有时任务重，实时操作系统要求无论负载多少，都必须保证满足时间要求。
所以实时操作系统追求的不是速度，而是任务执行时间的确定性。下面以Windows系统为例，说明实时性和速度不是一回事。

相信大家都有这样的经历，我们的Windows系统的电脑，配置有很高工作频率的强大CPU，显然在任务不多的时候，可以以非常快的处理速度执行任务。但是，当某些后台任务正在运行时，比如下载文件，或者是在杀毒，这时候前台的程序响应会变得非常漫长，甚至程序会失去响应。
并不是说Windows系统不够快或效率不够高，而是Windows系统不能提供确定性，所以，Windows不是一个实时操作系统。通常面向PC的操作系统都不是实时操作系统，比如Linux的桌面发行版、服务器版，以及Mac OS等。实时操作系统有哪些


实时操作系统根据其实时性的刚性要求程度不同，分为硬实时（hard realtime）和软实时（soft realtime）操作系统。

硬实时系统指系统要在最坏情况（负载最重）下确保服务时间，即对于事件的响应时间的截止期限是无论如何都必须满足。
软实时系统是从统计的角度，任何一个任务都能够有一个预期的处理时间，但任务一旦超过截止期限，也并不会带来致命的错误。

硬实时代表产品：VxWorks

好奇号火星探测车使用了VxWorks系统

对于一些涉及到人身安全或者非常重要的任务，必须使用硬实时操作系统，更多用于对实时性要求更高的工业制造领域。比如汽车安全气囊的控制，晚一秒钟打开可能就会丧生一条人命，这种场合必须使用硬实时系统。
WindRiver公司的VxWorks是硬实时操作系统的代表产品，以性能稳定而著称。美国 F-16、FA-18战斗机、B-2 隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器、2008年5月登陆的凤凰号，和2012年8月登陆的好奇号也都使用到了VxWorks。
VxWorks的缺点就是有点贵。但近年来各大厂商越来越强调成本，所以VxWorks不断被其他一些开源的实时操作系统取代。华为多年来一直在自己的网络设备中购买和使用VxWorks，也会逐渐采用替代的系统。
软实时代表产品：各种实时Linux

之前我们在《纵论物联网（六）：基于Linux的物联网操作系统》介绍了很多Linux物联网系统，其中有不少是在Linux基础上做了实时性的改进，比如RTLinux等，这些系统都算是软实时产品。
对于IPTV数字电视机顶盒，需要实时的解码视频流，所以需要使用实时操作系统。但即使丢失了几个视频帧，在短时间内视频可能会有一些不流畅，但马上就会恢复，不会造成什么严重的后果。这种消费类电子产品，适合使用软实时操作系统。

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