리눅스는 시분할 운영체제인가요?

Linux는 시분할 운영체제(Time-Sharing Operating System)로 영어로 'Time-sharing Operating System'이라고 합니다. 수백 명의 사용자가 동시에 사용하는 시분할 운영체제라고 하며, 리눅스는 멀티스레딩과 다중 CPU를 지원하는 POSIX 기반의 다중 사용자, 다중 작업 운영체제입니다.

이 튜토리얼의 운영 환경: linux5.9.8 시스템, Dell G3 컴퓨터.

Linux는 시분할 운영 체제인가요?

우리가 일반적으로 공유하는 μC/OS, RT-Thread 및 ThreadX는 모두 실시간 운영 체제(RTOS)입니다. 그래서 일부 독자들은 다음과 같이 질문했습니다. Linux가 진짜인가요? -시간 운영 체제?

RTOS(Real-time Operating System)

RTOS, 정식 영어 명칭은 Real Time Operating System, 즉 실시간 운영체제(Real Time Operating System)입니다.

1. 실시간 운영체제의 정의
실시간 운영체제(RTOS)란 외부 이벤트나 데이터가 발생하면 충분히 빠른 속도로 이를 받아들여 처리할 수 있으며, 처리 결과를 지정된 시간 내에 생산 프로세스를 제어하거나 처리 시스템에 신속하게 응답하고 모든 실시간 작업이 조화롭게 실행되는 운영 체제를 제어합니다.

따라서 적시 응답과 높은 신뢰성을 제공하는 것이 주요 특징입니다.

실시간 운영 체제는 하드 실시간과 소프트 실시간으로 구분됩니다. 하드 실시간은 운영 체제 설계 시 보장되는 지정된 시간 내에 작업을 완료해야 합니다.

소프트 실시간에서는 작업 우선순위에 따라 최대한 빨리 작업을 완료하기만 하면 됩니다. 우리가 일반적으로 사용하는 운영 체제는 특정 변경 후에 실시간 운영 체제가 될 수 있습니다.

실시간 운영체제는 특정 시간 제한 내에 특정 기능의 완료를 보장하는 운영체제입니다. 예를 들어, 생산 라인의 로봇이 물체에 접근할 수 있도록 운영 체제를 설계할 수 있습니다. "하드" 실시간 운영 체제에서는 개체에 도달할 수 있도록 하는 계산을 허용된 시간 내에 완료할 수 없으면 운영 체제가 오류와 함께 종료됩니다.

"소프트" 실시간 운영 체제에서는 생산 라인이 계속 작동할 수 있지만 제품이 허용된 시간 내에 도착하지 못하기 때문에 제품 출력이 느려지고 이로 인해 로봇이 일시적으로 생산을 중단하게 됩니다. . 일부 실시간 운영 체제는 특정 애플리케이션용으로 설계되었지만 다른 운영 체제는 범용입니다.

일부 범용 운영 체제는 스스로를 실시간 운영 체제라고 부릅니다. 그러나 Microsoft의 Windows NT나 IBM의 OS/390과 같은 대부분의 범용 운영 체제는 어느 정도 실시간 시스템 특성을 가지고 있습니다. 즉, 운영 체제가 엄밀히 말하면 실시간 시스템이 아니더라도 일부 실시간 애플리케이션 문제를 해결할 수 있습니다.

2. 실시간 운영 체제의 특징
1) 멀티 태스킹,
2) 스레드 우선 순위
3) 다중 인터럽트 수준

소형 임베디드 운영 체제에는 종종 실시간 운영 체제와 커널이 필요합니다. 실시간 운영 체제 요구 사항을 충족해야 합니다.

3. 실시간 운영체제 관련 개념
(1) 기본 개념
코드의 중요 부분: 처리 과정에서 분할할 수 없는 코드를 말합니다. 코드의 이 부분이 실행되기 시작하면 중단이 허용되지 않습니다.
작업이 차지하는 모든 엔터티

공유 리소스:
둘 이상의 작업에서 사용할 수 있는 리소스;

Task :

스레드라고도 불리는 간단한 프로그램입니다. 각 작업에는 특정 우선순위가 부여되며 자체 CPU 레지스터 세트와 자체 스택 공간이 있습니다. 일반적으로 각 작업은 무한 루프이며 각 작업은 절전 상태, 준비 상태, 실행 중 상태, 일시 중지 상태, 중단 상태 등 5가지 상태에 있습니다.
작업 전환:

will 실행 중인 작업의 현재 상태입니다. (CPU 레지스터의 모든 내용)은 작업 자체의 스택 영역에 저장되고, 실행될 다음 작업의 현재 상태가 작업 스택에서 CPU 레지스터로 다시 로드되고 다음 작업이 실행됩니다.

커널:

각 작업을 관리하고, 각 작업에 CPU 시간을 할당하며, 작업 간 통신을 담당합니다. 비분리 가능 코어와 선점형 코어로 구분됩니다.

스케줄링:

커널의 주요 책임 중 하나는 실행할 작업을 결정하는 것입니다. 일반적으로 우선순위 스케줄링 방법을 기반으로 합니다.

(2) 우선순위에 대한 질문

작업 우선순위:
우선순위가 변경되지 않는 정적 우선순위와 우선순위가 변경되는 동적 우선순위로 구분됩니다.

우선순위 반전: 우선순위 반전 문제는 실시간 시스템에서 가장 일반적인 문제입니다. 공유 리소스를 할당하면 우선 순위가 낮은 작업이 먼저 실행되고 우선 순위가 높은 작업이 나중에 실행될 수 있습니다. 해결책은 "우선순위 상속" 알고리즘을 사용하여 작업 우선순위를 일시적으로 변경하여 우선순위 역전을 억제하는 것입니다.

(3) 상호 배제
공유 데이터 영역은 작업 간 정보 교환을 단순화하지만, 공유 데이터를 처리할 때 각 작업의 배타성이 보장되어야 합니다. 상호 배제 조건을 충족시키는 일반적인 방법에는 인터럽트 끄기, 테스트 및 설정 명령어(TAS) 사용, 작업 전환 금지, 세마포 사용 등이 있습니다.

실시간 운영체제를 사용한다는 의미는 다양한 긴급 상황, 즉 다양한 인터럽트를 적시에 처리할 수 있다는 것이기 때문에, 임베디드 실시간 운영체제 측정에 있어서 가장 중요하고 대표적인 성능지수 매개변수는 의심할 여지 없이 인터럽트가 발생해야 합니다. 응답 시간이 끝났습니다. 인터럽트 응답 시간은 일반적으로 다음과 같이 정의됩니다.

인터럽트 응답 시간 = 인터럽트 지연 시간 + CPU 상태를 저장하는 시간 + 커널의 ISR 진입 기능 실행 시간.

인터럽트 지연 시간 = MAX(인터럽트를 끄는 최대 시간, 최대 명령 시간) + ISR의 첫 번째 명령 실행을 시작하는 시간.

Time-sharing Operating System (TSOS)

TSOS, 정식 영어 명칭은 Time-sharing Operating System, 즉 시분할 운영체제(Time-sharing Operating System)입니다.

한 대의 컴퓨터가 여러 명, 수십 명, 심지어 수백 명의 사용자에게 동시에 서비스를 제공할 수 있는 운영 체제를 시분할 운영 체제라고 합니다. 컴퓨터를 많은 최종 사용자에게 연결함으로써 시분할 운영 체제는 시스템 프로세서 시간과 메모리 공간을 일정한 간격으로 차례로 각 최종 사용자의 프로그램으로 전환합니다.

시간 간격이 짧기 때문에 각 사용자는 마치 컴퓨터를 독점적으로 가지고 있는 것처럼 느낍니다. 시분할 운영체제의 특징은 자원 활용도를 효과적으로 높일 수 있다는 점이다. 예를 들어, UNIX 시스템은 시간 공유 작업을 효과적으로 지원하기 위해 박탈된 동적 우선순위 CPU 스케줄링을 사용합니다.

시간 공유 시스템은 사용자 요구에 맞게 형성된 새로운 유형의 OS입니다. 다중 패스 일괄 처리 시스템과 완전히 다른 성능 차이가 있습니다. 사용자의 요구는 다음 측면에 구체적으로 반영됩니다. 인간-컴퓨터 상호 작용 공유 호스팅은 사용자가 컴퓨터에 쉽게 접속할 수 있도록 합니다

1. 시간 공유 시스템의 기본 아이디어
타임 슬라이스:입니다. 컴퓨터의 시스템 자원(특히 CPU)을 사용하는 시간)을 시간으로 나누어 각 기간을 타임 슬라이스라고 하며 각 사용자는 차례로 타임 슬라이스를 사용합니다.

시간 공유 기술: 프로세서의 실행 시간을 매우 짧은 시간 조각으로 나누고, 시간 조각에 따라 프로세서를 각 온라인 작업에 차례로 할당합니다.

시간 공유 운영 체제: 온라인 다중 사용자 대화형 운영 체제입니다. 일반적으로 타임 슬라이스 회전은 하나의 컴퓨터가 여러 터미널에 서비스를 제공할 수 있도록 하는 데 사용됩니다. 각 사용자에 대해 충분히 빠른 응답 시간을 보장하고 대화형 세션 기능을 제공합니다.

디자인 목표: 사용자 요청에 적시에 응답하고 가능한 경우 시스템 리소스 활용도를 극대화합니다.

사무 자동화, 교육 및 거래 처리, 인간-컴퓨터 통신이 필요한 기타 상황에 적합합니다.

2. 작업 방법
호스트는 사용자가 각 터미널을 사용하여 시스템에 명령을 요청합니다. 상호작용을 통해 사용자에게 결과를 표시합니다. 사용자는 이전 단계의 결과에 따라 다음 명령을 내립니다.

시간 공유 시스템 구현의 핵심 문제: 적시 수신. 즉시 처리하십시오.

3. 기능
상호작용: 사용자는 시스템과 인간-컴퓨터 대화에 참여합니다.
다중성: 여러 사용자가 동시에 각자의 터미널에서 동일한 CPU를 사용합니다.
독립성: 사용자는 서로 간섭하거나 혼동하지 않고 독립적으로 작동할 수 있습니다.
적시성: 사용자는 짧은 시간 내에 시스템으로부터 적시에 답변을 얻을 수 있습니다.
응답 시간에 영향을 미치는 요소: 단말기 수, 타임 슬라이스 크기, 정보 교환량, 정보 교환 속도.

차이

RTOS와 TSOS는 각각 고유한 특성을 가지고 있습니다 RTOS는 일반적으로 모션 제어, 키 입력 및 기타 실시간 처리가 필요한 시스템과 같이 ms 수준이 필요한 비교적 저속 MCU에 사용됩니다. 또는 우리 수준의 응답.

시간 공유: 요즘 인기 있는 PC와 서버는 CPU 작업을 여러 시간 조각으로 나누어 다양한 컴퓨팅 요청을 처리하는 이 작동 모드를 채택합니다.

실시간: 버튼 누르기와 같은 작업에 실시간 처리가 필요한 엘리베이터의 위아래 제어와 같은 마이크로컨트롤러에 일반적으로 사용됩니다.

드디어

위의 분석을 통해 linux는 시간 공유 시스템이라는 것이 분명하지만 실시간으로 변경될 수 있습니다. 예: ucLinux는 Linux에서 수정된 실시간 시스템입니다. Baidu에서 비슷한 답변을 인용할 수 있습니다:

포인트 시스템은 동시에 두 개 이상의 계정을 제공할 수 있는 시스템입니다!

실시간 시스템은 지시에 즉시 응답할 수 있는 운영체제입니다! Microsoft의 일반 시스템으로는 불가능합니다! 그리고 그것은 아직 죽었습니다! 전투기의 운영 체제는 실시간 시스템입니다. 전투기의 컴퓨터가 조종사의 마지막 명령에 응답하거나 다른 사람이 싸울 때 충돌하면 누가 감히 비행기를 조종하겠습니까?

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