linux打实时补丁以及实时性能测试

在工业产品中使用操作吸引，一般都需要使用实时性较强的操作系统，而众所周知，linux系统是基于时间片划分的非实时系统，其实时性难以满足工业化对时效性的要求，因此很多应用场景中无法使用linux操作系统。当然这一局限性已经有所改善，目前linux社区已经增加了众多版本的实时补丁，只要给linux内核打上实时补丁，其实时性会得到大幅度提升。

在此，我们就讲讲如何给linux内核打补丁以及如何测试linux系统的实时性。

一、给linux打实时补丁

我们以linux-xlnx-xilinx-v2017.4.zip为例子，来讲解如何打实时补丁。首先要下载一个与linux版本完全对应的补丁文件。下载地址为：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/4.9/older/

这里我们下载的补丁文件内为：patch-4.9-rt1.patch.gz，下载完实时补丁后，将实时补丁存放在linux-xlnx-xilinx-v2017.4.zip相同的文件路径下。后续步骤如下：

1. 解压linux内核：7za x linux-xlnx-xilinx-v2017.4.zip -r -o./
2. 解压补丁文件：gunzip patch-4.9-rt1.patch.gz
3. 进入linux内核目录： cd linux-xlnx-xilinx-v2017.4
4. 打补丁：patch -p1 < ../patch-4.9-rt1.patch
5. 进入内核menuconfig菜单，勾选上Kernel Features->Preemption Model->Fully Preemptible Kernel (RT)
6. 编译内核：make uImage -j2 LOADADDR=0x8000

二、测试linux的实时性

前面我们已经生成了实时的linux内核镜像，接下来我们把实时内核烧写到板卡上，进行实时性性能测试。这里需要引入一个测试linux性能的工具cyclictest

1. 拷贝cyclictest的Git 仓库：在ubuntu下可执行如下命令：git clone git://git.kernel.org/pub/scm/utils/rt-tests/rt-tests.git
2. 进入git仓库，切换到我们要用的分支：cd rt-tests                 git checkout stable/v1.0
3. 修改编译工具链：
4. 编译cyclictest： make all NUMA=0

三、利用cyclictest进行性能测试：

将编译完成的cyclictest加载到板卡上，并增加其可执行权限，就可以利用cyclictest命令来进行linux内核实时性能测试，测试命令为：

 ./cyclictest -t8 -p 80 -n -i 10000 -l 10000

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常用参数

-p	--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	选择时钟  cyclictest -c 1      0 = CLOCK_MONOTONIC (默认)    1 = CLOCK_REALTIME
-i	--interval=INTV	基本线程间隔，默认为1000（单位为us）
-l	--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	--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
-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	--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）

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运行结果含义

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)

四、实验结果：

在我们的板卡上进行实时性测试，先对非实时系统进行测试，得到测试结果如下：

对实时性系统进行测试，得到的测试结果如下：

五、实验结论：

在线程数较少，且线程运行时间较短的情况下，性能差异并不明显，但如果线程数较多，且运行时间较长时，对于非实时系统，个别线程的时延能达到ms级，而对于实时系统来说，平均时延还是保持在20us左右，所以对于实时性要求较高的系统，我们还是应该给linux内核打上实时的补丁！