實時和非實時操作系統(tǒng)有什么區(qū)別？

實時操作系統(tǒng)，當外界事件和數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，系統(tǒng)能以足夠快的速度予以處理，其處理結果能在規(guī)定的時間內控制生產(chǎn)結果或對系統(tǒng)做出響應，并控制所有實時任務協(xié)調一致運行的操作系統(tǒng)。

在下圖中右邊的任務優(yōu)先級("優(yōu)先級")高于左邊的任務，先看實時操作系統(tǒng)的，當優(yōu)先級更高的任務2就緒的時候，即便任務1正在運行中，也必須立刻交出CPU的使用權，就跟中斷一樣，先執(zhí)行任務2，等任務2執(zhí)行完或者主動掛起(sleep)讓出CPU的時候，任務1才能接著運行。

實時操作系統(tǒng)，一般分為硬實時和軟實時，硬實時指的是在規(guī)定的時間內必須完成任務操作，在操作系統(tǒng)設計時保證；

軟實時只要按照任務的優(yōu)先級，盡可能地完成任務操作即可。

完全滿足在指定時間內完成關鍵行為

硬實時操作系統(tǒng)嚴格規(guī)定了限定時間內必須完成任務，否則會導致嚴重后果發(fā)生。如在自動駕駛場景下，車輛前置攝像頭模塊，短距長距雷達及助力轉向等模塊需要連續(xù)采集處理數(shù)據(jù)，并通過算法輸出決策行為。其中，系統(tǒng)必須在指定時間內完成對輸入的采集數(shù)據(jù)完成運算及處理，并完成輸出。

假設方向盤轉角，節(jié)氣門等駕駛相關控制信號若無法確保實時性，自動駕駛系統(tǒng)的安全性將無法保證。

常見的硬實時操作系統(tǒng)有VxWorks，ThreadX、FreeRTOS、ucOS。

值得提一句的是，VxWorks是世界范圍內現(xiàn)役航天，航海，飛機，坦克自動化控制部分使用范圍最廣的實時操作系統(tǒng)，包括國內網(wǎng)上熱度最高的幾種軍事設備也同使用了此系統(tǒng)。

大多數(shù)情況下在指定時間內完成關鍵行為

軟實時系統(tǒng)對處理事件的時間要求是統(tǒng)計學預期，即使在處理過程中偶發(fā)出現(xiàn)了時間偏差，也不會對系統(tǒng)造成致命后果。

如IP電視解碼視頻流數(shù)據(jù)時，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的丟失，但即使了，僅是用戶視覺上的體驗影響，或通過抖動處理，就可以解決圖像上的視覺感知問題。

• 多任務
  系統(tǒng)提供了多任務運行機制，系統(tǒng)內核通過調度讓CPU運行許多外部事件線程，實現(xiàn)任務的并發(fā)性。
• 搶占調度
  系統(tǒng)具有繼承的優(yōu)先級和搶占式內核屬性，在執(zhí)行某一項任務的時候，若有更高優(yōu)先級的任務進入可執(zhí)行態(tài)，系統(tǒng)將會立即搶占當前CPU資源，退出低優(yōu)先級任務，運行高優(yōu)先級任務。
• 任務間的通訊和同步
  實時系統(tǒng)中，可能存在許多任務作為一個應用的部分執(zhí)行，系統(tǒng)必須提供這些任務間的通訊機制，有效地共享不可搶占的資源或者臨界區(qū)所需要的同步機制。
• 任務與中斷之間的通信
  在真實應用場景中，事件通常作為中斷的方式到來，為了系統(tǒng)調度的穩(wěn)定、提供有效的排隊和減小中斷服務程序的開銷，通常希望在任務級線程處理相應工作，所以需要任務與中斷之間的通信。

再看看我們的Linux/Windows/OSX這些基于時間片輪轉的操作系統(tǒng)遇到這種問題的時候會怎么樣呢，毫無疑問它們都是非實時的操作系統(tǒng)，CPU是不可搶占的，從上圖可以看到，即便高優(yōu)先級的任務就緒了，也不能馬上中斷低優(yōu)先級任務而得到執(zhí)行，必須要等到低優(yōu)先級任務主動掛起(sleep)或者時間片結束才能得到執(zhí)行。

所以我們在使用PC的時候經(jīng)常會遇到應用程序無響應的問題。即硬件資源被其他任務占用，本任務得不到立即執(zhí)行。

學習過程中最常見的操作系統(tǒng)是通用操作系統(tǒng)，即Windows、Unix、Linux等，此類系統(tǒng)由分時操作系統(tǒng)發(fā)展而來。

分時操作系統(tǒng)的基本設計原則是：盡量縮短系統(tǒng)的平均響應時間并提高系統(tǒng)的吞吐率，在單位時間內為盡可能多的用戶請求提供服務。

因而相比實時操作系統(tǒng)，非實時操作系統(tǒng)更關注系統(tǒng)平均性能，在響應時間上，非實時操作系統(tǒng)注重所有任務的平均響應時間，也就是說，它注重所有任務的平均響應時間而不關心單個任務的響應時間，針對某單個任務，也是注重每次執(zhí)行的平均響應時間而不關心某次特定執(zhí)行的響應時間。

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

與實時操作系統(tǒng)的內核搶占機制不同的是，分時操作系統(tǒng)內核不可搶占，無論優(yōu)先級多高的任務，都必須等當前CPU任務完成或當前任務主動退出后才可以執(zhí)行。

想必都有體會的是，當CPU空閑時，電腦系統(tǒng)運行流暢，但當后臺執(zhí)行補丁下載或殺毒時，一旦CPU進入高負荷狀態(tài)，操作系統(tǒng)就會出現(xiàn)運行卡頓甚至死機的問題。

計算機同時為多個用戶任務服務的操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)以時間片輪詢的機制，將系統(tǒng)處理時間與內存按照一定是時間間隔，輪流執(zhí)行任務，實現(xiàn)任務的調度和執(zhí)行。

由于間隔時間很短，每個用戶的任務感覺獨占計算機一樣，保證用戶任務的響應和執(zhí)行。

• 交互性
  用戶和系統(tǒng)進行人機對話。
• 多路性
  多用戶在各自終端上使用同一個CPU。
• 獨立性
  用戶可以獨立操作，互不干擾，互不混淆。
• 及時性
  用戶在短時間內可以得到系統(tǒng)的及時應答。

兩類操作系統(tǒng)的主要區(qū)別在于任務調度處理方式不同，常用的任務調度方式有兩種：基于任務優(yōu)先級的任務調度方式和基于時間片的任務調度方式：

1. 基于任務優(yōu)先級的調度方式：一旦內核把資源分配給某進程后，便讓該進程一直執(zhí)行，直到該進程完成或發(fā)生某事件而被阻塞（常見的方式主動調用delay），才再把處理機分配給其他進程，否則高優(yōu)先級的任務會一直運行。所以這種情況下，如果某個高優(yōu)先級的任務運行時間過長最好有阻塞機制，來讓出CPU使其他低優(yōu)先級的任務也有機會運行。

2. 基于時間片的調度方式：這種方式下，所有任務的優(yōu)先級相同，當內核給該進程分配的時間片結束后，內核會停止正在執(zhí)行的這個進程，下一個時間片分配給其他進程執(zhí)行，即便這個任務沒有執(zhí)行完也沒有主動delay自己。

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

當內核處于相對消耗狀態(tài)時，非實時操作系統(tǒng)處理延時會增加，甚至無法保證最高優(yōu)先級任務執(zhí)行的最后時限。

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