我从各种内核开发人员那里听说，大多数 RTOS 用户空间和内核空间之间没有任何分离，因此不需要任何上下文切换。
这是真的吗？
同时，我从其他一些人那里听说这是不正确的，VxWorks 或 Integrity 等 RTOS 已将用户模式内核模式分开。
首先，哪些假设是正确的？
其次，如果这两个假设都是正确的，那么它提出了一个问题，即 RTOS 供应商何时使用内核空间和用户空间之间的分离，何时不使用？
您能说出一些没有用户模式/内核模式分离的知名 RTOS 吗？
最后，作为一个附带问题，他们如何控制 I/O 操作并避免竞争条件？
【问题讨论】：
标签： kernel real-time rtos kernel-mode usermode
上下文切换与用户/内核空间没有直接关系。上下文切换涉及线程/进程/中断上下文之间的切换；无论用户/内核空间或 MMU 保护的任何概念如何，这都会发生在任何 RTOS 中。
内核/用户空间概念是指特权级别，在内核空间中，您可以执行操作或访问用户空间不可用的内存或 I/O。在嵌入式系统中，这个概念可能没有多大意义，因为许多线程需要直接 I/O 访问以确保内核驱动程序切换可能无法提供的实时行为。许多实时操作系统不是完整的操作系统，而只是提供调度、IPC、同步、资源锁定和定时器服务的内核；它们通常不定义驱动程序模型或提供任何 I/O、网络或文件系统服务，因此内核空间概念没有什么价值。
而不是内核/用户空间的概念，一些运行在具有 MMU 的目标上的 RTOS 确实使用内存保护方案将内存和内存映射 I/O 分配给特定线程/进程（和内核），这样一个线程就不能不能破坏另一个或内核。另一方面，许多 RTOS 在没有 MMU 的目标上运行，因此无法提供这种安全性和稳健性。
在术语中，RTOS 仅指提供确定性行为的调度方法；没有一种设计，在方法和能力上都存在显着差异。请参阅特定 RTOS 的文档。
【讨论】：
诸如 FreeRTOS 和衍生产品之类的东西可以在没有 MMU 的硬件上愉快地运行。
如果没有 MMU，内核和用户模式之间的任何分离都有些虚幻（您可以简单地覆盖内核内存），但还是有区别的：
通常情况下，RTOS 将配置有多个任务，每个任务都有自己的堆栈。这意味着上下文切换仍然是等式的重要组成部分，因为每当内核想要切换任务时，它必须首先保存传出任务的堆栈，然后在切换到传入任务之前交换传入任务的堆栈。
作为 3rd 方开发人员 (ISV)，您将编写代码以在任务上下文中运行，因此您可以利用任务机制使其行为类似于轻量级线程。
不过，如果没有 MMU，在这个方案中就不会有任何“真正的”保护来防止意外弄乱内核。例如，在没有 MMU 的情况下使 RTOS 崩溃的最简单的方法是错误配置堆栈大小，然后导致堆栈溢出，意外清除内核数据/其他任务/覆盖实际程序指令...
...现在有了 MMU，内核可以设置页表映射，以便它可以拦截页面错误并在检测到错误的内存访问（违反预配置的内存边界）时使用它来实现段错误机制。借助芯片内置的附加安全功能，内核还可以限制允许执行何种指令任务，并与 MMU 结合实现内核和用户模式/空间之间的适当分离。
【讨论】：
首先，RTOS 可以支持用户和内核分离。有些人将此称为受保护的构建支持，其中用户/应用程序无法直接访问任何内核资源。
在不支持 MMU 的 RTOS 中，通过仅通过系统调用限制用户访问来保证用户和内核分离。
如果你不知道系统调用，你可以google一下。这是一种用户通过软件中断服务程序访问内核的机制。
关于上下文切换，上下文切换和用户/内核分离之间没有关联。
供应商何时支持用户和内核分离？ 大多数情况下，它就像一个构建时功能。由于这会增加执行时间的开销，因此这取决于供应商在其 RTOS 背后的理念。
【讨论】：
根据作为 RTOS 的VxWorks 架构，显然它没有两个地址空间（用户和内核）。通过为每个任务提供自己的内存空间，用户服务和内核服务都将在单个地址空间中处理。此内存空间需要虚拟到物理内存映射，这仅适用于可选组件VxVMI（VxWorks 虚拟内存接口）。
添加信息：我们使用具有单一地址空间的 RTOS，以提供非解释服务和更快的操作系统执行。
VxWorks 架构参考链接：
https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://www.ing.iac.es/~docs/external/vxworks.old/Programmers-Guide-5.4.pdf&ved=2ahUKEwjm3rmag5XpAhVEXn0KHSGPDYwQFjAAegQIBBAB&usg=AOvVaw0E9VEDjpd5XIvaaoDxGcCD
【讨论】：