实时Linux内核

目前主流的解决方案有 2 个：

单内核解决方案：给 Linux 内核打补丁，解决上面提到的几个问题，例如：RT-Preempt;
双内核解决方案：在硬件抽象层之上，运行 2 个内核：实时内核 + Linux 内核，它们分别向上层提供 API 函数，例如：Xenomai;

现阶段的RTOS分成两个阵营：

非Linux阵营：VxWorks，RTEMS
Linux阵营　：RT-linux，Preempt-rt，WindRiver Linux，RTAI，Xenomai。

RT-linux：应该是第一批实时性linux，可以提供硬实时，有两个版本，免费版和收费版，收费版最初由 FSMLabs（Finite State Machine Labs）公司开发，在2007年卖给了 WindRiver。之后 WindRiver 将其作为自己的产品 WindRiver Linux 的一个实时核心（real-time core）象征性的维护了一段时间，与2011年8月彻底停止更新和维护。RT-linux 的性能应该很好，WindRiver 应该是出于竞争的目的对其进行了收购，现在 RT-linux 已经不再更新。
WindRiver Linux：WindRiver 为 Linux 世界提供的一个发行版，具备软实时的能力，应该吸收了一部分 RT-Linux 的核心技术，感觉是 WindRiver 为了延长其产品线，提高行业竞争力和覆盖面而开发的系统，还没进行深入分析，毕竟是软实时。
Preempt-rt：Ingo Molnar 引领的 Linux kernel 实时 patch，可以改善通用 Linux 的实时性，也是本项目前期工作的重点。
RTAI：（Real-Time Application Interface）项目应该继承自 RT-linux，后期吸收了 Xenomai 的一部分思想，专注实时性能，应用广泛。
Xenomai：2001 年 8 月由 Philippe Gerum 发起，其思想是来源于 Karim 的 ADEOS（Adoptive Domain Environment for Operating System）。发布后即被 RTAI 采用，并一度合并为 RTAI/Fusion。后于2005年独立。Xenomai 的实时性能比RTAI略差，因为其完全由 ADEOS 控制中断，而 RTAI 是由其内核对中断进行了截断，非实时的中断才交给 ADEOS，这就减少了一部分实时开销。

RT-Preempt实时补丁

RT补丁下载地址 www.kernel.org/pub/l...

rt-tests工具包

cyclictest是一个高精度（us级别）的系统实时性测试程序(维基主页地址) 。该工具是rt-tests下使用最为广泛的测试工具，一般用来进行内核的延迟，从而判断内核的实时性能。也可以git 该程序的源代码到本地进行编译。
参数说明

-p PRIO --prio=PRIO       最高优先级线程的优先级  使用时方法为： -p 90 /  --prio=90
-m       --mlockall        锁定当前和将来的内存分配
-c CLOCK --clock=CLOCK     选择时钟  cyclictest -c 1
                           0 = CLOCK_MONOTONIC (默认)
                           1 = CLOCK_REALTIME
-i INTV  --interval=INTV  基本线程间隔，默认为1000（单位为us），下面介绍原理的时候会提到
-l LOOPS --loops=LOOPS     循环的个数，默认为0（无穷个），与 -i 间隔数结合可大致算出整个测试的时间，比如 -i 1000  -l 1000000 ,总的循环时间为1000*1000000=1000000000 us =1000s ，所以大致为16分钟多。
-n       --nanosleep       使用 clock_nanosleep
-h  HISTNUM    --histogram=US    在执行完后在标准输出设备上画出延迟的直方图（很多线程有相同的权限）US为最大的跟踪时间限制，这个在下面介绍实例时可以用到，结合gnuplot 可以画出我们测试的结果图。
                       
-q       --quiet         使用-q 参数运行时不打印信息，只在退出时打印概要内容，结合-h HISTNUM参数会在退出时打印HISTNUM 行统计信息以及一个总的概要信息。
-f       --ftrace          ftrace函数跟踪（通常与-b 配套使用，其实通常使用 -b 即可，不使用 -f ）
-b USEC  --breaktrace=USEC 当延时大于USEC指定的值时，发送停止跟踪。USEC,单位为谬秒（us）。

运行其中的cyclictest测试工具，默认创建5个SCHED_FIFO策略的realtime线程，优先级 76-80，运行周期是1000,1500,2000,2500,3000微秒。标准linux的测试结果如下：

cyclictest -p 80 -t5 -n

policy: fifo: loadavg: 9.22 8.57 6.75 11/374 21385

T: 0 (20606) P:80 I:1000 C:&nbsp; 18973 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp; 26 Act:&nbsp; 76 Avg:&nbsp; 428 Max:&nbsp; 12637

T: 1 (20607) P:79 I:1500 C:&nbsp; 12648 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp; 31 Act:&nbsp; 68 Avg:&nbsp; 447 Max:&nbsp; 10320

T: 2 (20608) P:78 I:2000 C:&nbsp; 9494 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp; 28 Act:&nbsp; 151 Avg:&nbsp; 383 Max:&nbsp;&nbsp;&nbsp; 9481

T: 3 (20609) P:77 I:2500 C:&nbsp; 7589 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp; 29 Act:&nbsp; 889 Avg:&nbsp; 393 Max:&nbsp; 12670

T: 4 (20610) P:76 I:3000 C:&nbsp; 6325 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp; 37 Act:&nbsp; 167 Avg:&nbsp; 553 Max:&nbsp; 13673

由此可见在标准Linux内，rt线程投入运行的jitter非常不稳定，最小值在26-37微秒，平均值为68-889微秒，而最大值则分布在9481-13673微秒之间。

实时linux的测试结果如下：

cyclictest -p 80 -t5 -n

policy: fifo: loadavg: 0.14 0.29 0.13 2/308 1908

T: 0 ( 1874) P:80 I:1000 C:&nbsp; 28521 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0 Act:&nbsp; 440 Avg: 2095 Max:&nbsp; 331482

T: 1 ( 1875) P:79 I:1500 C:&nbsp; 19014 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2 Act:&nbsp; 988 Avg: 2099 Max:&nbsp; 330503

T: 2 ( 1876) P:78 I:2000 C:&nbsp; 14261 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 7 Act:&nbsp; 534 Avg: 2096 Max:&nbsp; 329989

T: 3 ( 1877) P:77 I:2500 C:&nbsp; 11409 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 4 Act:&nbsp; 554 Avg: 2073 Max:&nbsp; 328490

T: 4 ( 1878) P:76 I:3000 C:&nbsp; 9507 Min:&nbsp;&nbsp;&nbsp; 12 Act:&nbsp; 100 Avg: 2081 Max:&nbsp; 328991

输出结果含义:
T: 0 序号为0的线程
P: 0 线程优先级为0
C: 9397 计数器。线程的时间间隔每达到一次，计数器加1
I: 1000 时间间隔为1000微秒(us)
Min: 最小延时(us)
Act: 最近一次的延时(us)
Avg：平均延时(us)
Max：最大延时(us)

作者：SteveChen 创建时间：2024-10-10 11:52
最后编辑：SteveChen 更新时间：2024-10-10 11:53

上一篇： repo常用命令
下一篇： Linux自动启动禁用kernel module