C# .NET 是否可用于硬实时？

Question

鉴于熟悉的.NET形式在Windows上运行，而Windows不是实时操作系统，而MONO在Linux上运行（标准内核也不是实时操作系统）。同时，任何提供垃圾回收（如“托管” .NET）的内存分配方案，以及任何堆内存方案都会引入非确定性的、潜在的非平凡的延迟到应用程序的执行行为中。

是否存在一种备选主机操作系统和编码范例的组合，可以利用C# .NET的所有功能和便利性，同时实现一个解决方案，该解决方案可以在严格指定的时间限制内执行指定的代码部分？例如，每隔10ms启动一个C#方法，容忍小于1ms的偏差，完成时间仅由方法本身执行的工作决定？

显然，必须仔细编写应用程序；时间关键代码必须避免内存分配；一旦启动了硬实时循环，应用程序必须完成所有内存分配等工作，并且没有其他线程活动。此外，主机操作系统必须支持实时调度。

这在.NET / MONO框架内是否可行，或者是否被.NET运行时、框架和支持它（或兼容的等效物）的操作系统的设计所排除？

例如：使用类似于NETduino的C#语言，是否可能在微小粒度（约1毫秒）机器控制方面进行可靠的操作？它们是否有限制或需要替代策略来满足这些应用程序的需求？

- Zenilogix

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你需要先选择你的操作系统。适合编程的工具列表将会非常短，不包括带有垃圾回收器的语言。通常的解决方案是将需要硬实时响应的任务转移到微控制器上。电机控制器或PLC是常见的例子。 - Hans Passant

Answer 1

简短回答：不行。

更长的回答：最接近的方法是在硬件上直接运行.net Micro Framework，但TinyCLR仍不能给您确定性的时间。微软有Windows CE/Windows Embedded Compact作为其实时操作系统，但即使对于较慢的任务也只能算是实时（我相信在50微秒或更长的范围内 - 不确定是否符合硬实时要求）。

我不知道是否从技术上讲可以创建一个实时C#实现，但没有人这样做，甚至.net native也不是为此而设计的。

- Michael Stum

Answer 2

C# 可以用于硬实时吗？是的

当我们谈论实时性时，通常（如果不总是）是指机器人和物联网。为此，我们几乎总是选择以下选项之一（忘记 Windows CE 和 Windows 10 IoT）：

• 微控制器（例如：Arduino、RPi Pico、NodeMCU）
• 基于 Linux 的 SBC（例如：树莓派、比格鲁骨头、Rock Pi）

微控制器本质上是实时的。基本上设备将永远运行循环（但某些芯片有中断和多线程）。这类别中顶级语言是 C/C++ 和 MicroPython。但也可以使用 C#：

• Wilderness Labs（Netduino 和 Meadow F7）
• .NET nanoframefork（几个板）

第二个选项（基于 Linux 的 SBC）要棘手一些。操作系统完全控制硬件并具有调度程序。这样就可以在一个 CPU 上运行许多进程。操作系统本身也有很多后勤工作。

Linux有一组调度API，可用于告诉操作系统我们希望优先考虑我们的进程而不是其他进程。操作系统会尽力遵守，但不能保证。这通常被称为软实时。在.NET中，您可以使用Process.PriorityClass来更改进程的nice值。根据操作系统的繁忙程度和可用资源（CPU和内存）的数量，您可能会得到令人满意的结果。

除此之外，Linux还提供了硬实时能力，使用PREEMT_RT补丁，还有一个功能可以将CPU核心隔离为所选进程使用。但据我所知，.NET没有任何API可用于使用这些功能（P/Invoke可能有效）。

- Sasan