图 5 一个TCP PATH

在实现上，SILK系统把Linux系统中的网络子系统替换成了自己的协议栈。Linux应用程序通过Socket来创建和使用PATHs，几乎不用对应用程序本身作任何修改。

图 6说明了SILK系统的结构。在图的左半部分，SILK模块和网络设备驱动、SOCKET接口层、以及包过滤接口netfilter通过标准的方式交换数据。SILK还修改了Linux任务的调度参数，以便影响Linux进程调度程序的调度决策。图的右半部分示意了SILK中的两个PATH。SILK模块有自己的CPU调度器，它和Linux系统中的CPU调度器进行合作和协调。这个合作由图中的Linux thread代表，通过执行这个线程，SILK把控制转给Linux调度程序。

图 6 SILK系统结构示意图

SILK在操作系统中提供了一个新的SOCKET协议族以便上层应用程序调用下层的SCOUT PATH。为了在Linux进行网络包处理之前截获IP包，SILK通过Linux 2.4内核的netfilter接口插入了一个netfilter hook，所有到来的IP包会被重定向到该hook上，如果SILK找到一个对应于该网络包的PATH，就让Linux内核丢弃该包，而由SILK对包进行处理。

关于CPU调度，SILK有着自己的CPU调度程序和线程包，它们和Linux系统的调度程序并存，在有SILK的Linux系统中，我们一般把由SILK调度的归属于某个PATH的处理叫做SILK线程（thread），而普通的由Linux调度程序调度的东西都叫做任务（task）；SILK在一个Linux内核任务的基础上实现它的线程调度，这个内核任务当SILK进行初始化的时候创建，并且把该内核任务的优先级设为优先级最高的实时任务，所以SILK的内核任务几乎是只要它就绪就可以投入运行，并且只有当该内核任务主动初让CPU时Linux系统中的其他普通任务才能够得以运行。SILK把CPU出让给普通的Linux任务是通过调度SILK thread中的一个叫做Linux thread的线程来实现的，该Linux thread本质上就是在SILK的调度空间中代表Linux的普通调度程序。SILK在调用Linux thread之后，代表SILK的内核任务就被Linux的进程调度程序设置为非就绪状态，直到它运行一个其他的进程之后，高优先级得SILK内核任务就又得到 CPU。所以这种实现机制可以让SILK在调度Linux thread时，Linux调度程序可以有机会调度一个其他的进程执行。

4. 实时Linux实现方案的总结

总结上述的各种实时Linux的实现，它们针对不同的设计目标，从不同的侧重点解决了通用Linux操作系统对实时性支持的问题。

针对Linux系统定时粒度过大的问题，一般的解决办法都是把实时时钟编程为单次触发的状态，然后利用CPU的时钟计数寄存器提供高达CPU时钟频率的定时精度。像RT-Linux和Kurt-Linux采用的就是这种方法。

对于Linux进程在进入内核态时不能被抢占的问题，目前的解决办法有RED-Linux在内核函数中插入抢占点的方法，另外Hardhat也通过修改spinlock的宏定义以及中断返回处理代码，实现了一种可抢占的内核。

对于Linux驱动程序中的封中断的方法，RT-Linux所使用的软件模拟中断控制器的方法可以有效地解决这个问题。

对于Linux系统中缺乏实时调度机制和调度算法的问题，目前有很多新颖的操作系统调度框架和调度算法都有Linux实现，比如RED-Linux所定义的一个通用的实时调度框架；QLinux所采用的分层式的CPU调度框架，及新颖的调度算法如H-SFQ，以及Cello磁盘调度算法等；SILK所使用的把对一个包的网络处理抽象成PATH，然后在PATH之间进行调度。

对于内核中协议处理以及中断处理的调度，解决办法基本上是一种延迟处理的技术，即到来的协议包在网卡中断处理中仅仅把它拷贝到一个队列中，只有当上层的应用程序请求数据包时才进行协议处理，并把对协议的处理时间记到对应的进程中。另外SILK对于那些网络路由结点，由于路由等的处理并没有对应的上层应用程序，所以SILK在内核的网络处理之间进行明确的调度。

所以，总的来说，从发展方向上来说，实时Linux的发展有如下四个思路：

提供对于硬实时的支持，具体办法有：提高时钟精度，解决封中断和内核态不能被抢占的问题，代表系统RT-Linux、Kurt-Linux，其实大部分实时Linux都使用了类似与RT-Linux的提高时钟精度和软件中断管理器的思想；总的来说，让内核支持硬实时和使用传统的Linux的丰富的系统调用之间存在着矛盾，以至于像RT-Linux就是单独实现了一个独立的小的硬实时操作系统；但由于软件模拟终端控制器、提高时钟精度、以及可抢占内核等思想的引入，这个矛盾慢慢地得到化解。

提供对于实时多媒体应用的支持，举措：引入新颖的调度算法（网络包调度，进程调度，磁盘调度），代表系统：QLinux、Linux-SRT；

引入新颖的调度框架以及资源管理思想以更好地支持网络系统中的QoS要求，比如SILK中的垂直结构的操作系统调度的思想，QLinux中的分级调度的思想，以及RED-Linux所提出来的一个通用的调度框架和Linux/RK中所使用的资源预留的思想；

方便的任务QoS管理接口函数和管理程序的实现，比如Linux/RK提出的操作系统中各种资源的资源预留的概念；Linux-SRT中为了用户方便地使用新增加的实时调度支持而增加了API，以及提出的reserve的概念等；