LINUX - 实时LINUX内核（PREEMPT_RT）的编译安装以及测试
目录
1.什么是实时性操作系统？
https://blog.csdn.net/ywx123_/article/details/53861274
实时性是指调度的时候，任务响应时间。windows一般是15ms，最大的问题是不能保证。比如平均值是1ms，但是随着系统负载的变化，有时甚至达到100ms，在这工业上是无法使用的。工业上一些应用要求必须有更高的时间精度，比如，一个电力监测系统必须在10ms内运行一次任务对电力运行状况进行监测，一旦时间不准，调度不到该程序运行，则无法保证对电力故障的及时响应。
2.怎么实现实时性系统？
https://blog.csdn.net/lu_embedded/article/details/52485527
3.PREEMPT_RT
PREEMPT_RT是Linux内核的一个实时补丁。得到Linus的高度评价：
Controlling a laser with Linux is crazy, but everyone in this room is crazy in his own way. So if you want to use Linux to control an industrial welding laser, I have no problem with your using PREEMPT_RT." -- Linus Torvalds
项目主页见：https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page
具体怎么用可以参考：https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/howto/applications/preemptrt_setup ，这是官方的说明。
4.使用方法
4.1下载linux内核源码
网址：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/
国内镜像网址：http://mirror.bjtu.edu.cn/kernel/linux/kernel/ ，http://mirror.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/
这两个国内的可以看一下，速度比较快。
4.2下载RT patch
patch在https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page 下载，与linux内核的版本号一定要一样。
4.3 使用方法
1.解压内核源码
2.打patch
3.编译linux内核并安装
-
tar xzvf linux-4.4.138.tar.gz -
cd linux-4.4.138 -
patch -p1 < ../patch-4.4.138-rt65.patch
make menuconfig需要安装这个libncurses-dev模块
编译内核需要libssl-dev模块
-
sudo apt-get install libncurses-dev -
sudo apt-get install libssl-dev
配置linux内核
make menuconfig
选择Processor type and feature —> Fully Preemptible Kernel (RT)这个选项，具体路径如下图。保存。
编译内核，再安装，更新grub.
编译时加上 INSTALL_MOD_STRIP=1 可以生成没有调试信息的模块，大大减小内核的大小。
-
make -j2
-
-
<span
class=
"hljs-comment">
#sudo make modules_install -j2</span>
-
<span
class=
"hljs-comment">
#这一条命令生成的内核含有调试信息非常大，因此要使用INSTALL_MOD_STRIP选项</span>
-
-
-
sudo make INSTALL_MOD_STRIP=
1 modules_install
-
sudo make install -j2
-
-
sudo update-grub2
重启后会多一个 linux-4.4.138-rt 的启动选项
5.测试
可参考以下网页：
https://blog.csdn.net/kl1125290220/article/details/78560220
https://blog.csdn.net/longerzone/article/details/16897655
sudo apt-get install rt-tests
安装这个工具，运行cyclictest程序进行实时性测试：
-
sudo cyclictest -t 5 -p 80 -n -
注释： 运行五个线程，线程优先级为80，无限循环
cyclictest运行结果详解
-
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)
测试结果示例：
1.实体机测试结果
-
# /dev/cpu_dma_latency set to 0us -
policy: fifo: loadavg: 0.13 0.06 0.02 1/244 19255 -
T: 0 (18989) P:80 I:1000 C: 155947 Min: 1 Act: 1 Avg: 1 Max: 17 -
T: 1 (18990) P:80 I:1500 C: 103964 Min: 1 Act: 1 Avg: 1 Max: 15 -
T: 2 (18991) P:80 I:2000 C: 77973 Min: 1 Act: 1 Avg: 1 Max: 7 -
T: 3 (18992) P:80 I:2500 C: 62378 Min: 1 Act: 1 Avg: 1 Max: 10 -
T: 4 (18993) P:80 I:3000 C: 51982 Min: 1 Act: 1 Avg: 1 Max: 7
2.虚拟机测试结果
在虚拟机中效果一般，受主机的限制太大。
-
my@ubuntu
:~/rt/linux-
4.4.
138$ sudo cyclictest -p
80 -t5 -n
-
# /dev/cpu_dma_latency set to 0us
-
policy:
fifo:
loadavg:
0.
69
0.
19
0.
07
1/
726
5825
-
-
T:
0 (
5821)
P:
80
I:
1000
C:
8168
Min:
7
Act:
445
Avg:
327
Max:
7005
-
T:
1 (
5822)
P:
80
I:
1500
C:
5455
Min:
7
Act:
411
Avg:
319
Max:
7516
-
T:
2 (
5823)
P:
80
I:
2000
C:
4098
Min:
14
Act:
174
Avg:
320
Max:
2362
-
T:
3 (
5824)
P:
80
I:
2500
C:
3275
Min:
5
Act:
52
Avg:
319
Max:
6940
-
T:
4 (
5825)
P:
80
I:
3000
C:
2732
Min:
8
Act:
214
Avg:
299
Max:
5198
3.也可以进行多次运行并统计结果
sudo cyclictest -l10000000 -m -n -t1 -p99 -i2 -h100
-l10000000 ：指定1千万循环，
-m ：锁定当前和将来的内存分配，
-n ：指定使用 clock_nanosleep，
-t1 ：指定开一个线程进行测试，
-p99 ：指定最高优先级，
-i2 ：指定基本线程间隔,单位是us，此处是2us，
-h100 ：指定统计结果的分布情况。
程序20秒执行结束，输出显示平均延时1 us，最大延时15 us，通过直方分布图察看，大多集中在1-7 us以内。
-
# /dev/cpu_dma_latency set to 0us -
policy: fifo: loadavg: 0.36 0.33 0.28 1/246 32690 -
T: 0 (32688) P:99 I:2 C:10000000 Min: 0 Act: 2 Avg: 1 Max: 15 -
# Histogram -
000000 000051 -
000001 6635143 -
000002 3352561 -
000003 008966 -
000004 002414 -
000005 000648 -
000006 000180 -
000007 000025 -
000008 000002 -
000009 000001 -
000010 000000 -
000011 000000 -
000012 000001 -
000013 000001 -
000014 000006 -
000015 000001 -
…………（中间都是0，省略） -
000097 000000 -
000098 000000 -
000099 000000 -
# Total: 010000000 -
# Min Latencies: 00000 -
# Avg Latencies: 00001 -
# Max Latencies: 00009 -
# Histogram Overflows: 00000 -
# Histogram Overflow at cycle number: -
# Thread 0:
6.总结
实时性补丁能够较好地满足我们的需求（1ms），实现较强的实时性。
7.别的方法
ubuntu 和centos 都提供了预编译的prempt 内核， 只是ubuntu的是lowlatency 低延时内核，centos的是rt kernel最高级实时
7.1 ubuntu 安装低延时内核
参考https://linuxmusicians.com/viewtopic.php?t=18536
apt-get install linux-lowlatency
7.2 centos 安装预编译的实时内核
参考https://unix.stackexchange.com/questions/341933/install-a-real-time-kernel-on-centos
-
sudo tee /etc/yum.repos.d/CentOS-rt.repo >/dev/null <<EOF -
# CentOS-rt.repo -
[rt] -
name=CentOS-7 - rt -
baseurl=http://mirror.centos.org/centos/\$releasever/rt/\$basearch/ -
gpgcheck=1 -
gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-CentOS-7 -
EOF -
sudo yum update -y -
sudo yum install -y kernel-rt rt-tests tuned-profiles-realtime -
sudo reboot
用到的命令行
mkdir -p /usr/src/kernels
cd /usr/src/kernels
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.9.47.tar.xz
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/4.9/older/patch-4.9.47-rt37.patch.xz
tar xf linux-4.9.47.tar.xz
mv linux-4.9.47 linux-4.9.47-rt37
cd linux-4.9.47-rt37
xz -d ../patch-4.9.47-rt37.patch.xz
patch -p1 <../patch-4.9.47-rt37.patch
cp /boot/config-4.9.0-4-amd64 .config
In the last step, before the kernel can be compiled, the new kernel has to be configured so that the functionality imported with the RT patch is also used. The command make menuconfig is called and we select Processor type and features -> Preemption Model -> Fully Preemptible Kernel (RT).
-
make -j4 -
make modules_install -
make install
参考
openEuler 是由开放原子开源基金会孵化的全场景开源操作系统项目，面向数字基础设施四大核心场景（服务器、云计算、边缘计算、嵌入式），全面支持 ARM、x86、RISC-V、loongArch、PowerPC、SW-64 等多样性计算架构
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