RTOS与GPOS详解：哪个操作系统适合你的项目

现代软硬件解决方案大多需要操作系统。操作系统帮助设备平稳运行并处理海量任务。作为电子爱好者，你可能需要深入了解项目需要哪类操作系统。本文提供RTOS与GPOS对比、各类应用及详细信息。若你只是想了解这些操作系统，也来对地方了。

准备好了吗？开始吧。

通用操作系统（GPOS）

GPOS能管理大量进程并完成单位时间内的执行——即吞吐量。有时为达高吞吐量，GPOS会延迟高优先级线程执行，转而执行五六个低优先级进程。若多个低优先级任务排队，GPOS会先运行这些任务以维持高吞吐量。

计算机工作站

大多数GPOS使用公平策略调度进程和线程到CPU。此策略让GPOS提供桌面和服务器应用所需的高整体输出。但无法保证高优先级任务或时间关键线程在低优先级线程前执行。因此GPOS更适合同时执行多任务的设备。

个人电脑（PC）

实时操作系统（RTOS）

RTOS设计用于高精度处理时间关键应用。属于此类的操作系统必须为每个关键操作规定最大时间周期，即时限系统。RTOS较复杂，我们为你拆解。RTOS三大基本功能：调度器、RTOS服务、同步与消息传递。

调度器

调度器有三种状态：就绪态（可切换至运行态）、运行态（任务执行中）、阻塞态（任务无法运行，被发送至阻塞态）。三种调度技术：

抢占式任务调度/基于优先级调度

涉及优先级依赖的时间分配。可为每个任务分配唯一优先级。

协作式调度

为每个任务分配固定时间片。若任务未完成执行，将丢失生成数据并等待下一轮。内核负责创建任务、改变任务优先级、改变任务状态、删除任务。

RTOS服务

每个操作系统核心是内核，负责管理和分配资源。任务不总能引起CPU注意，内核必须提供其他服务：时间服务、输入输出服务、中断处理服务、内存管理服务、设备管理服务。

内核图示

消息传递与同步

消息功能提供RTOS与任务间通信方式。消息服务包括邮箱、管道、消息队列、事件标志、信号量。邮箱、消息队列、管道可在任务间发送消息；事件标志同步所有任务间活动；信号量同步共享资源访问。

RTOS（实时操作系统）与GPOS（通用操作系统）对比

基本区别在于应用性质（是否时间关键、单一或多用途）。自动取款机（ATM）是时间关键系统典型：按确认键后等待4-5秒取款，没人愿等五分钟。PC多用途，非时间关键，可同时运行多应用。智能手机同理：保存文档可能耗秒或分，取决于运行进程数。GPOS适用于非时间关键应用和系统（Linux、Windows等）。RTOS适用于需快速可预测响应的时间关键应用（UCOS、VxWorks等）。

ATM

智能手机

Linux系统

以下类别进一步解释差异：

任务调度

GPOS调度不关注优先级，以高吞吐量方式处理。RTOS调度始终聚焦优先级，所有高优先级进程在低优先级任务前执行。

Windows

延迟问题

GPOS主要问题：非确定性调度延迟——线程越多延迟累积越大。RTOS无此问题，所有线程和进程有有界延迟（在设定时间限内执行）。

经济与硬件因素

RTOS适用于独立和低端系统（售货机、ATM），体积小、重量轻。GPOS适用于通用和高端设备（工作站、个人电脑）。

高端设备

可抢占内核

高优先级进程优先执行的主要问题是可抢占内核。若内核不可抢占，内核请求会立即覆盖所有其他运行进程。RTOS内核可抢占，GPOS内核不可抢占。即GPOS中高优先级进程不能抢占内核调用，而RTOS中高优先级进程必要时总抢占低优先级任务，将内核调用外任务视为外部进程。

评估与选择用于嵌入式产品开发的RTOS

评估符合嵌入式系统要求的嵌入式RTOS前，确保候选RTOS支持关键特性。为方便你，列出关键特性清单：

调度器

操作系统调度器决定何时执行各任务。可根据可用资源和优先级挂起/恢复任务。嵌入式RTOS必须内置调度器，允许实时任务执行。

软件定时器

软件定时器使函数在指定时间窗口执行。手动为RTOS创建软件定时器不易也不建议，确保选用内置软件定时器的RTOS。

队列机制

队列允许任务交换信息。内置队列机制的RTOS支持任务间消息交换。

执行跟踪工具

跟踪工具可观察实时系统实时行为，开发团队可追踪检测错误和任务执行。

低内存占用

需将RTOS集成到MCU平台，候选RTOS内存占用应低，总大小不超过MCU总大小的10%。

RTOS架构

总结

简而言之，RTOS和GPOS在各自适用应用中表现良好。RTOS吞吐量虽低于GPOS，不代表其吞吐量低。GPOS处理大量重进程，RTOS处理较少任务，吞吐量相对系统负载。RTOS核心关注可预测执行模式和及时执行，而非高吞吐量；GPOS则相反。以上是GPOS与RTOS全部内容。如有评论或问题，欢迎联系，我们乐意帮助。