實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：ucOS/VxWorks/RTLinux

非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：Linux/Windows/OSX

1 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，當(dāng)外界事件和數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)能以足夠快的速度予以處理，其處理結(jié)果能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)控制生產(chǎn)結(jié)果或?qū)ο到y(tǒng)做出響應(yīng)，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。

在下圖中右邊的任務(wù)優(yōu)先級(jí)("優(yōu)先級(jí)")高于左邊的任務(wù)，先看實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的，當(dāng)優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)2就緒的時(shí)候，即便任務(wù)1正在運(yùn)行中，也必須立刻交出CPU的使用權(quán)，就跟中斷一樣，先執(zhí)行任務(wù)2，等任務(wù)2執(zhí)行完或者主動(dòng)掛起(sleep)讓出CPU的時(shí)候，任務(wù)1才能接著運(yùn)行。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，一般分為硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)，硬實(shí)時(shí)指的是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須完成任務(wù)操作，在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)保證；

軟實(shí)時(shí)只要按照任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，盡可能地完成任務(wù)操作即可。

硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

完全滿足在指定時(shí)間內(nèi)完成關(guān)鍵行為

硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嚴(yán)格規(guī)定了限定時(shí)間內(nèi)必須完成任務(wù)，否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果發(fā)生。如在自動(dòng)駕駛場(chǎng)景下，車(chē)輛前置攝像頭模塊，短距長(zhǎng)距雷達(dá)及助力轉(zhuǎn)向等模塊需要連續(xù)采集處理數(shù)據(jù)，并通過(guò)算法輸出決策行為。其中，系統(tǒng)必須在指定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)輸入的采集數(shù)據(jù)完成運(yùn)算及處理，并完成輸出。

假設(shè)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角，節(jié)氣門(mén)等駕駛相關(guān)控制信號(hào)若無(wú)法確保實(shí)時(shí)性，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全性將無(wú)法保證。

常見(jiàn)的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有VxWorks，ThreadX、FreeRTOS、ucOS。

值得提一句的是，VxWorks是世界范圍內(nèi)現(xiàn)役航天，航海，飛機(jī)，坦克自動(dòng)化控制部分使用范圍最廣的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，包括國(guó)內(nèi)網(wǎng)上熱度最高的幾種軍事設(shè)備也同使用了此系統(tǒng)。

軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

大多數(shù)情況下在指定時(shí)間內(nèi)完成關(guān)鍵行為

軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)處理事件的時(shí)間要求是統(tǒng)計(jì)學(xué)預(yù)期，即使在處理過(guò)程中偶發(fā)出現(xiàn)了時(shí)間偏差，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成致命后果。

如IP電視解碼視頻流數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的丟失，但即使了，僅是用戶視覺(jué)上的體驗(yàn)影響，或通過(guò)抖動(dòng)處理，就可以解決圖像上的視覺(jué)感知問(wèn)題。

多任務(wù)
系統(tǒng)提供了多任務(wù)運(yùn)行機(jī)制，系統(tǒng)內(nèi)核通過(guò)調(diào)度讓CPU運(yùn)行許多外部事件線程，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的并發(fā)性。

搶占調(diào)度
系統(tǒng)具有繼承的優(yōu)先級(jí)和搶占式內(nèi)核屬性，在執(zhí)行某一項(xiàng)任務(wù)的時(shí)候，若有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)進(jìn)入可執(zhí)行態(tài)，系統(tǒng)將會(huì)立即搶占當(dāng)前CPU資源，退出低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，運(yùn)行高優(yōu)先級(jí)任務(wù)。

任務(wù)間的通訊和同步
實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，可能存在許多任務(wù)作為一個(gè)應(yīng)用的部分執(zhí)行，系統(tǒng)必須提供這些任務(wù)間的通訊機(jī)制，有效地共享不可搶占的資源或者臨界區(qū)所需要的同步機(jī)制。

任務(wù)與中斷之間的通信
在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中，事件通常作為中斷的方式到來(lái)，為了系統(tǒng)調(diào)度的穩(wěn)定、提供有效的排隊(duì)和減小中斷服務(wù)程序的開(kāi)銷，通常希望在任務(wù)級(jí)線程處理相應(yīng)工作，所以需要任務(wù)與中斷之間的通信。

2 非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(分時(shí)操作系統(tǒng))

再看看我們的Linux/Windows/OSX這些基于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的操作系統(tǒng)遇到這種問(wèn)題的時(shí)候會(huì)怎么樣呢，毫無(wú)疑問(wèn)它們都是非實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，CPU是不可搶占的，從上圖可以看到，即便高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)就緒了，也不能馬上中斷低優(yōu)先級(jí)任務(wù)而得到執(zhí)行，必須要等到低優(yōu)先級(jí)任務(wù)主動(dòng)掛起(sleep)或者時(shí)間片結(jié)束才能得到執(zhí)行。

所以我們?cè)谑褂肞C的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遇到應(yīng)用程序無(wú)響應(yīng)的問(wèn)題。即硬件資源被其他任務(wù)占用，本任務(wù)得不到立即執(zhí)行。

學(xué)習(xí)過(guò)程中最常見(jiàn)的操作系統(tǒng)是通用操作系統(tǒng)，即Windows、Unix、Linux等，此類系統(tǒng)由分時(shí)操作系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。

分時(shí)操作系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則是：盡量縮短系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間并提高系統(tǒng)的吞吐率，在單位時(shí)間內(nèi)為盡可能多的用戶請(qǐng)求提供服務(wù)。

因而相比實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)更關(guān)注系統(tǒng)平均性能，在響應(yīng)時(shí)間上，非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)注重所有任務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間，也就是說(shuō)，它注重所有任務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間而不關(guān)心單個(gè)任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間，針對(duì)某單個(gè)任務(wù)，也是注重每次執(zhí)行的平均響應(yīng)時(shí)間而不關(guān)心某次特定執(zhí)行的響應(yīng)時(shí)間。

Windows作為最常使用的通用操作系統(tǒng)，支持系統(tǒng)管理多用戶多進(jìn)程的系統(tǒng)資源。

與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核搶占機(jī)制不同的是，分時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核不可搶占，無(wú)論優(yōu)先級(jí)多高的任務(wù)，都必須等當(dāng)前CPU任務(wù)完成或當(dāng)前任務(wù)主動(dòng)退出后才可以執(zhí)行。

想必都有體會(huì)的是，當(dāng)CPU空閑時(shí)，電腦系統(tǒng)運(yùn)行流暢，但當(dāng)后臺(tái)執(zhí)行補(bǔ)丁下載或殺毒時(shí)，一旦CPU進(jìn)入高負(fù)荷狀態(tài)，操作系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行卡頓甚至死機(jī)的問(wèn)題。

計(jì)算機(jī)同時(shí)為多個(gè)用戶任務(wù)服務(wù)的操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)以時(shí)間片輪詢的機(jī)制，將系統(tǒng)處理時(shí)間與內(nèi)存按照一定是時(shí)間間隔，輪流執(zhí)行任務(wù)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度和執(zhí)行。

由于間隔時(shí)間很短，每個(gè)用戶的任務(wù)感覺(jué)獨(dú)占計(jì)算機(jī)一樣，保證用戶任務(wù)的響應(yīng)和執(zhí)行。

交互性
用戶和系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。

多路性
多用戶在各自終端上使用同一個(gè)CPU。

獨(dú)立性
用戶可以獨(dú)立操作，互不干擾，互不混淆。

及時(shí)性
用戶在短時(shí)間內(nèi)可以得到系統(tǒng)的及時(shí)應(yīng)答。

兩類操作系統(tǒng)的主要區(qū)別在于任務(wù)調(diào)度處理方式不同，常用的任務(wù)調(diào)度方式有兩種：基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度方式和基于時(shí)間片的任務(wù)調(diào)度方式：

基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的調(diào)度方式：一旦內(nèi)核把資源分配給某進(jìn)程后，便讓該進(jìn)程一直執(zhí)行，直到該進(jìn)程完成或發(fā)生某事件而被阻塞（常見(jiàn)的方式主動(dòng)調(diào)用delay），才再把處理機(jī)分配給其他進(jìn)程，否則高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)會(huì)一直運(yùn)行。所以這種情況下，如果某個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)最好有阻塞機(jī)制，來(lái)讓出CPU使其他低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)也有機(jī)會(huì)運(yùn)行。

基于時(shí)間片的調(diào)度方式：這種方式下，所有任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同，當(dāng)內(nèi)核給該進(jìn)程分配的時(shí)間片結(jié)束后，內(nèi)核會(huì)停止正在執(zhí)行的這個(gè)進(jìn)程，下一個(gè)時(shí)間片分配給其他進(jìn)程執(zhí)行，即便這個(gè)任務(wù)沒(méi)有執(zhí)行完也沒(méi)有主動(dòng)delay自己。

因此非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相比，最直接的差別：

當(dāng)內(nèi)核處于相對(duì)消耗狀態(tài)時(shí)，非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)處理延時(shí)會(huì)增加，甚至無(wú)法保證最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行的最后時(shí)限。

為滿足實(shí)時(shí)性與可靠性，車(chē)輛ECU目前絕大多數(shù)模塊都為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，近年來(lái)Infotainment，Tbox，ADAS部分處理模塊，中央網(wǎng)關(guān)及所謂的域控制器也逐步使用了Linux等分時(shí)系統(tǒng)來(lái)拓展部分功能，并配合相關(guān)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)組合實(shí)現(xiàn)某些車(chē)載功能，使得車(chē)輛因引入了大數(shù)據(jù)分析，安全滲透分析等能力后實(shí)現(xiàn)了更深程度的智能化。

文章來(lái)源：小麥大叔