经验分享使用了6年的实时操作系统，是时候梳理一下它的知识点了 | 文末赠书4本

Posted 2023-03-09 架构师李肯

使用了6年的实时操作系统，是时候梳理一下它的知识点了

摘要：

本文简单介绍了博主学习操作系统的心路历程，同时还给大家总结了一下当下流行的几种实时操作系统，以及在工程中OSAL应该如何设计。希望对大家有所启发和帮助。

文章目录

• 1 写在前面
• 2 操作系统的定义
• • 2.1 什么是操作系统？
  • 2.2 什么是实时操作系统？
• 3 常见常用的主流实时操作系统对比
• 4 工程中的实时操作系统
• 5 友情推荐
• 6 文末福利

1 写在前面

操作系统一直伴随着我的工作，早些年我刚出来的工作的时候，那时候用的是芯片平台是 飞思卡尔的MC9S12DG128，然后跑的是uCOS-II 的实时操作系统。

由于在大学期间没有上过操作系统相关的专业课程，说来也惭愧，在学校都是51单片机编程，顶多用了一下AVR单片机（16位），那时候想用STM32之类的高级单片机简直就是一种奢侈。印象很深刻的是，大三的时候出去实习，公司那边用的还都是8位单片机那种，主要是产品逻辑简单、硬件成本要求低。

受困于单片机平台的低端，自然没有想过要给它上操作系统，直到大四毕业找工作的时候，才发现原来自己学校做的那些课程实验、那些所谓的“业余比赛”，压根不够看，面试官直接忽略不计。

就这么大四第一学期的9月10月基本就是在这样的面试鄙视的尴尬场面中度过，也正是那个时候，我觉得我TM是不是应该整点操作系统这种高卡东西，不然面试老是面不上啊！

经过一番打听，得知嵌入式Linux操作系统在我们这一行还是很吃香的，于是我第一时间在学校的BBS上（对，当时学校的BBS还是有点流行）发了一个帖子，说征集学一起学习嵌入式Linux的童鞋，可以现学现卖，参加当年的挑战杯项目。

由于在学校也没啥影响力，这个帖子很快就沉下去了，连个泡泡都没有，自然也没找到合适的人一起学习嵌入式Linux。

苦于无奈执行，我只能寄希望于我的毕设，由于学院几个毕设的指导老师都没有嵌入式Linux相关的课题，于是我厚着脸皮去找我们的系主任，说我们想搞一个嵌入式Linux相关的毕业题目，能不能请老师通融下，给我们一次自拟定毕业题目的机会。好在系主任爽快地答应了，只是说选好了课题就要真真正正地去学，还是糊弄我们混个毕设。

这段对话其实还是蛮打动我的，自然我也没有辜负他的期望，还是把嵌入式Linux相关的基础知识学习了一遍。可能是幸运的降临，就在第一学期的12月份，我有幸收到了第一份OFFER，来自一个电力软件行业的大厂，给出的薪资在当时同行来说还是比较高的。当然对比现在看到的动则年薪20W-30W起，我那比不上了，但总算是上岸了。

我还是很感谢那段时间努力学习的自己，到底还是现学现卖的操作系统知识帮了我一把，让我也成为同届同学中，令人羡慕的那一批人。

对了，如果我没记错的话，当时我的毕设题目大概应该是：《基于S3C2410的MP3播放器》，当时是在ARM9上面跑的嵌入式Linux操作系统。

2 操作系统的定义

上面回忆当初在毕业前夕学习操作系统的一些故事，下面这一章节给大家稍微总结一些操作系统的基本定义和概念。

2.1 什么是操作系统？

操作系统(Operation System, OS) 是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理的组织和调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其它软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。

它的计算机体系中的位置如下面这种图所示：

从上图可以看出，层次越往下，就越靠近硬件，而操作系统正是在应用软件与计算机硬件之间的一个重要桥梁，也正是因为有了操作系统这一层次的存在，才有了上层各式各样的应用软件，也直接方便了顶层计算机用户的操作，提升了用户体验。

2.2 什么是实时操作系统？

实时操作系统（Real-time operating system, RTOS），又称即时操作系统，它会按照排序运行、管理系统资源，并为开发应用程序提供一致的基础。

实时操作系统与一般的操作系统相比，最大的特色就是 “实时性”，如果有一个任务需要执行，实时操作系统会马上（在较短时间内）执行该任务，不会有较长的延时。这种特性保证了各个任务的及时执行。

有关实时性的定义，可以参加维基百科的说法：

实时运算（Real-time computing）是计算机科学中对受到“实时约束”的计算机硬件和计算机软件系统的研究，实时约束像是从事件发生到系统回应之间的最长时间限制。实时程序必须保证在严格的时间限制内响应。

往往我们评估一个实时操作系统是否足够优秀，除了一些接口设计的人性化之外，其中一个很重要的特性就是评估其 实时性 。毕竟在嵌入式开发领域，某些项目场景下，实时性可是整个系统的命脉，一旦出现 非实时 的缺陷，可能问题就是致命的。

3 常见常用的主流实时操作系统对比

根据上面的大类说法，我们可以知道嵌入式操作系统并不一定都是实时操作系统，比如嵌入式Linux系统，它严格意义上就不是一个实时操作系统。但不得不承认，大部分的嵌入式操作系统都是实时操作系统。比如，我前文提及的 uCOS-II 操作系统。

本章节，我想给大家对主流的实时操作系统做个对比，以便于后续大家做操作系统选型参考：

里面罗列总结的，不一定都对，仅供参考，有疑问欢迎讨论。

4 工程中的实时操作系统

本章节，我会从工程实践的角度，总结一下实时操作系统的几个核心模块。

这两年我自己一直在做嵌入式系统架构设计这块，我们有个核心需求就是，要求我们的代码在各个硬件平台，无论它跑什么嵌入式操作系统，我们上层的应用代码都必须无缝衔接。

为了满足这样的需求，我们的软件架构设计中，独立设计了一层叫 OSAL（Operation System Abstract Layer），这一层它要解决的问题就是隔离具体的操作系统，对上提供统一的操作系统接口。

它的逻辑架构架构图如下所示：

下面针对这个OSAL层，简单介绍一下我们的设计：

其实要想把底层各式各样的操作系统隔离隔离开，那么我们必须识别出，一般的操作系统都提供哪些系统能力，在这里我直接把我的答案写上来，欢迎大家补充。

操作系统的几个核心能力包括：

• 多任务（多线程）：这是属于任务管理的范畴，任何一个操作系统都必须提供类似的能力；
• 内存管理：严格来说，这不是操作系统的专有模块，因为很多不上操作系统的工程也能看到类似的内存管理模块；但一般带操作系统的工程，都有类似的内存管理模块；
• 互斥锁：这个基本是操作系统的必备能力，用于对一些临界区资源的操作保护；
• 信号量：这个也是操作系统的必备能力，用于应对一些 逻辑同步 的应用场景；
• 消息队列：这个基本也是操作系统的标配，用于解决不同线程、任务直接的消息通讯问题；
• 事件组：这个可能不是每个操作系统都有，它的作用有点类似于消息队列，但是它的实现比消息队列更轻量；用于实现多个事件同步；
• 定时器：这个也基本是操作系统的必选能力，用于提供给用户一些软件定时器的操作；

识别出了以上几个核心模块之后，剩下的就是接口抽象设计了，我想这一块应该难不倒大家了。有兴趣的可以一起多交流交流。

5 友情推荐

通过上面的介绍，大家对操作系统应该有一定的认识了，但我想，仅仅了解这些是远远不够的。

操作系统是一块很庞大的知识体系，建议大家系统地去学习一遍。

在这里我给大家推荐一本行业顶级的操作系统相关的工具书，它就是 《操作系统：原理与实现》：

本书的详细介绍，可以参加我的 社区文章

6 文末福利

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