日期:2014-05-16 浏览次数:20798 次
by @宋宝华Barry
Linux kernel在spinlock、irq上下文方面无法抢占,因此高优先级任务被唤醒到得以执行的时间并不能完全确定。同时,Linux kernel本身也不处理优先级反转。RT-Preempt Patch是在Linux社区kernel的基础上,加上相关的补丁,以使得Linux满足硬实时的需求。本文描述了该patch在PC上的实践。我们的测试环境为Ubuntu 10.10,默认情况下使用Ubuntu 10.10自带的kernel:
barry@barry-VirtualBox:/lib/modules$ uname -a 2.6.35-32-generic #67-Ubuntu SMP Mon Mar 5 19:35:26 UTC 2012 i686 GNU/Linux在Ubuntu 10.10,apt-get install rt-tests安装rt测试工具集,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:
barry@barry-VirtualBox:~/development/panda/android$ sudo cyclictest -p 80 -t5 -n [sudo] password for barry: policy: fifo: loadavg: 9.22 8.57 6.75 11/374 21385 T: 0 (20606) P:80 I:1000 C: 18973 Min: 26 Act: 76 Avg: 428 Max: 12637 T: 1 (20607) P:79 I:1500 C: 12648 Min: 31 Act: 68 Avg: 447 Max: 10320 T: 2 (20608) P:78 I:2000 C: 9494 Min: 28 Act: 151 Avg: 383 Max: 9481 T: 3 (20609) P:77 I:2500 C: 7589 Min: 29 Act: 889 Avg: 393 Max: 12670 T: 4 (20610) P:76 I:3000 C: 6325 Min: 37 Act: 167 Avg: 553 Max: 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。
我们还是运行这个测试,但是在运行这个测试的过程中引入更多干扰,如mount /dev/sdb1 ~/development,则结果变为:
barry@barry-VirtualBox:~$ sudo 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: 28521 Min: 0 Act: 440 Avg: 2095 Max: 331482 T: 1 ( 1875) P:79 I:1500 C: 19014 Min: 2 Act: 988 Avg: 2099 Max: 330503 T: 2 ( 1876) P:78 I:2000 C: 14261 Min: 7 Act: 534 Avg: 2096 Max: 329989 T: 3 ( 1877) P:77 I:2500 C: 11409 Min: 4 Act: 554 Avg: 2073 Max: 328490 T: 4 ( 1878) P:76 I:3000 C: 9507 Min: 12 Act: 100 Avg: 2081 Max: 328991
mount过程中引入的irq、softirq和spinlock导致最大jitter明显地加大甚至达到了331482us,充分显示出了标准Linux内核中RT线程投入运行时间的不可预期性(硬实时要求意味着可预期)。
如果我们编译一份kernel,选择的是“Voluntary Kernel Preemption (Desktop)“,这类似于2.4不支持kernel抢占的情况,我们运行同样的case,时间的不确定性大地几乎让我们无法接受:
barry@barry-VirtualBox:~$ sudo /usr/local/bin/cyclictest -p 80 -t5 -n # /dev/cpu_dma_latency set to 0us policy: fifo: loadavg: 0.23 0.30 0.15 3/247 5086 T: 0 ( 5082) P:80 I:1000 C: 5637 Min: 60 Act:15108679 Avg:11195196 Max:15108679 T: 1 ( 5083) P:80 I:1500 C: 5723 Min: 48 Act:12364955 Avg:6389691 Max:12364955 T: 2 ( 5084) P:80 I:2000 C: 4821 Min: 32 Act:11119979 Avg:8061814 Max:11661123 T: 3 ( 5085) P:80 I:2500 C: 3909 Min: 27 Act:11176854 Avg:4563549 Max:11176854 T: 4 ( 5086) P:80 I:3000 C: 3598 Min: 37 Act:9951432 Avg:8761137 Max:116026155
RT-Preempt Patch对Linux kernel的主要改造包括: