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歷經(jīng)二十年，實時Linux（PREEMPT_RT）終于進入主線內(nèi)核

Linux

歷經(jīng)二十年，實時Linux（PREEMPT_RT）終于進入主線內(nèi)核

在科技領(lǐng)域 ， Linux內(nèi)核的發(fā)展一直備受矚目 。 經(jīng)過二十年的不懈努力 ， 實時Linux（PREEMPT_RT）終于被正式納入主線內(nèi)核 ， 這一里程碑事件標志著Linux在實時操作系統(tǒng)（RTOS）領(lǐng)域邁出了重要一步 。
什么是實時操作系統(tǒng)（RTOS）？
實時操作系統(tǒng)是一種專門設(shè)計的操作系統(tǒng) ， 旨在以精確和可靠的方式處理時間關(guān)鍵性任務(wù) 。 與Windows或macOS等通用操作系統(tǒng)不同 ， RTOS旨在在嚴格的時間限制內(nèi)響應(yīng)事件和處理數(shù)據(jù) ， 這些時間限制通常以毫秒甚至微秒來衡量 。 正如知名的實時Linux開發(fā)者和Google工程師StevenRostedt所說 ， “實時是最快的最壞情況” 。
他的意思在于 ， RTOS的基本特征是其確定性行為 。 RTOS保證關(guān)鍵任務(wù)將在規(guī)定的截止時間內(nèi)完成 。 許多人誤以為RTOS用于快速處理 ， 實際上并非如此 。 在RTOS中 ， 速度并非關(guān)鍵 ， 可靠性才是 。 這種可預(yù)測性在對時間要求至關(guān)重要的應(yīng)用中非常關(guān)鍵 ， 例如工業(yè)控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備和航空電子設(shè)備等等 。
實時Linux的歷史
實時Linux代碼現(xiàn)已整合進所有Linux發(fā)行版中 ， 隨著即將到來的Linux6.12內(nèi)核 ， 這意味著Linux將很快開始出現(xiàn)在更多關(guān)鍵任務(wù)設(shè)備和工業(yè)硬件中 。 但這一成就的實現(xiàn)卻耗費了相當長的時間 。
實時Linux的故事始于1990年代末 ， 當時Linux支持實時應(yīng)用的需求日益增長 。 最初的努力集中在創(chuàng)建與Linux內(nèi)核并行運行的獨立實時內(nèi)核 ， 這包括堪薩斯大學的KURT、米蘭大學的RTAI和新墨西哥礦業(yè)理工學院的RTLinux等學術(shù)項目 。
2004年 ， 資深Linux內(nèi)核開發(fā)者IngoMolnar開始收集和重塑這些技術(shù)的片段 ， 以構(gòu)建實時搶占補丁集PREEMPT_RT的基礎(chǔ) 。 這種方法與早期的實時Linux解決方案不同 ， 因為它修改了現(xiàn)有的Linux內(nèi)核 ， 而不是創(chuàng)建一個獨立的實時內(nèi)核 。 到了2006年 ， 它已經(jīng)獲得了足夠的關(guān)注 ， 以至于LinusTorvalds評論道：“用Linux控制激光器是瘋狂的 ， 但這個房間里的每個人都以自己的方式瘋狂 。 所以如果你想用Linux來控制一個工業(yè)焊接激光器 ， 我沒有問題 。 ”
到了2009年 ， 包括ThomasGleixner、PeterZiljstra和Rostedt在內(nèi)的一小群內(nèi)核開發(fā)者完成了將先前的原型開發(fā)整合為一個單一的補丁集 。 從那時起 ， 許多公司開始使用這個補丁集來構(gòu)建需要毫秒級精度的硬實時屬性的工業(yè)系統(tǒng) 。
實時Linux為何耗費如此長的時間？
那么 ， 為什么實時Linux直到現(xiàn)在才完全被內(nèi)核接受呢？\"我們實際上不會推動某件事 ， 除非我們認為它已經(jīng)準備好了 。 \"Rostedt解釋道 ， \"幾乎每件事在進入主線之前通常都會被重寫至少三次 ， 因為我們對進入主線的內(nèi)容有很高的標準 。 \"
此外 ， 進入主線的路徑不僅僅是技術(shù)挑戰(zhàn) 。 社群觀念也起到了一定作用 。 \"起初 ， 我們甚至不能提實時 。 \"Rostedt回憶道 ， \"每個人都說 ， '哦 ， 我們不關(guān)心實時 。 '\"
另一個問題是資金 。 多年來 ， 實時Linux的資金一直不穩(wěn)定 。 2015年 ， Linux基金會成立了實時Linux(RTL)協(xié)作項目 ， 以協(xié)調(diào)圍繞主線化PREEMPT_RT的努力 。
完全整合的最后一個障礙是重新設(shè)計內(nèi)核的print_k函數(shù) ， 這是一個可以追溯到1991年的關(guān)鍵調(diào)試工具 。 Torvalds對print_k特別保護——他編寫了原始代碼 ， 并且仍然用于調(diào)試 。 然而 ， print_k也在調(diào)用時在Linux程序中引入了硬延遲 。 這種延遲在實時系統(tǒng)中是不可接受的 。
經(jīng)過大量的工作、激烈的討論和幾個被拒絕的提議 ， 今年早些時候達成了妥協(xié) 。 Torvalds滿意 ， 實時Linux開發(fā)者滿意 ， print_k用戶滿意 ， 最終 ， 實時Linux成為現(xiàn)實 。
經(jīng)過二十年的開發(fā) ， Linux實時補丁終于被合并到主線內(nèi)核中 。 這一里程碑標志著內(nèi)核開發(fā)者多年來努力將確定性、低延遲性能帶給Linux的成果 。
隨著實時補丁的合并 ， Linux內(nèi)核現(xiàn)在完全可搶占 ， 能夠以微秒級響應(yīng)事件 。 這種能力對于需要精確計時的應(yīng)用至關(guān)重要 ， 如工業(yè)控制系統(tǒng)、機器人技術(shù)和音頻制作 。
【歷經(jīng)二十年，實時Linux（PREEMPT_RT）終于進入主線內(nèi)核】如今 ， Linux準備在RTOS世界中成為一個嚴肅的競爭者 。 這不僅是實時制造商的勝利 ， 也是所有Linux用戶的勝利 。

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