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实时系统深入剖析

1. 实时系统概述

通常认为，实时系统就意味着速度快，但事实并非如此。在硬件条件相当的情况下，实时系统可能比非实时系统运行得更慢，这主要是因为支持实时进程需要额外的开销。此外，硬实时系统和软实时系统的划分与操作期限的长短并无直接关联。

例如，核反应堆的紧急停堆系统（SCRAM），若在检测到中子通量过高后的几秒内未能降下控制棒，反应堆就会过热，这是一个操作期限相对较长（从计算机角度而言）的硬实时系统。而视频播放器，如果应用程序在 100 毫秒内未能重新填充播放缓冲区，可能会出现跳帧或声音卡顿的情况，这是一个操作期限要求严格的软实时系统。

2. 延迟、抖动和期限

• 延迟（Latency）：指从刺激发生到响应执行的时间段。如果延迟小于或等于操作期限，系统就能正常运行。在许多硬实时系统中，操作期限和延迟是相等的，系统会在固定的时间间隔精确地处理刺激。而在软实时系统中，对响应的要求没那么精确，延迟会有一定的波动，只要响应能在期限内发生即可。

测量延迟往往很困难，因为计算延迟需要知道刺激发生的时间。然而，给刺激加上时间戳的能力通常也意味着要有响应的能力。所以，很多测量延迟的尝试实际上测量的是响应之间的时间变化，也就是抖动（Jitter），而不是延迟。

例如，有一个每 10 毫秒发生一次的刺激，为了测量系统性能，我们可能会给响应加上时间戳，以确保它们每 10 毫秒发生一次。但与这个目标的偏差并不是延迟，而是抖动。我们测量的是连续响应的变化，在不知道刺激发生时间的情况下，就无法知道刺激和响应之间的实际时间差。很多测量延迟的尝试都犯了这个错误，报告的是抖动而非延迟