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          博客專欄
          
	
          
	
          
	
          EEPW首頁 > 博客 > 實時Linux內核（PREEMPT_RT）的編譯安裝以及測試
          
    
          

          

          



	
		
	

          
	
          
		
          
			
          實時Linux內核（PREEMPT_RT）的編譯安裝以及測試
          
			
          
				發(fā)布人：電子禪石
				時間：2024-01-27
				來源：工程師

				
				
				
				
				
				發(fā)布文章
			
          

			
          
				
				
			
          

			
          
			
			
          

			
          
				
				
			
          
                
				
          1.什么是實時性操作系統(tǒng)？
          https://blog.csdn.net/ywx123_/article/details/53861274

          實時性是指調度的時候，任務響應時間。windows一般是15ms，最大的問題是不能保證。
          比如平均值是1ms，但是隨著系統(tǒng)負載的變化，有時甚至達到100ms，
          在這工業(yè)上是無法使用的。工業(yè)上一些應用要求必須有更高的時間精度，
          比如，一個電力監(jiān)測系統(tǒng)必須在10ms內運行一次任務對電力運行狀況進行監(jiān)測，
          一旦時間不準，調度不到該程序運行，則無法保證對電力故障的及時響應。
          ————————————————
          實時操作系統(tǒng)相關論文：

          http://www.cs.columbia.edu/~sedwards/classes/2001/w4995-02/reports/
           shamil-kalpen.pdf

          https://www.researchgate.net/publication/3151063_Performance_Comparison_
           of_VxWorks_Linux_RTAI_and_Xenomai_in_a_Hard_Real-time_Application

          https://www.researchgate.net/publication/273759417_Performance_Comparison_
           of_Real-Time_and_General-Purpose_Operating_Systems_in_Parallel_Physical_
          Simulation_with_High_Computational_Cost

          https://elinux.org/images/d/de/Real_Time_Linux_Scheduling_Performance_
           Comparison.pdf

          https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.21.9705&rep=
           rep1&type=pdf
          ————————————————
          2.怎么實現(xiàn)實時性系統(tǒng)？
          https://blog.csdn.net/lu_embedded/article/details/52485527
          3.PREEMPT_RT
          PREEMPT_RT是Linux內核的一個實時補丁。得到Linus的高度評價：

          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

          項目主頁見：https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page

          具體怎么用可以參考：
          https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/howto/applications/
           preemptrt_setup  ，這是官方的說明。


          4.編譯內核方法
          4.1下載linux內核源碼
          ****：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/

          國內鏡像****：http://mirror.bjtu.edu.cn/kernel/linux/kernel/  ，
          http://mirror.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/

          這兩個國內的可以看一下，速度比較快。
          ————————————————

          4.2下載RT patch
          patch在https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page 下載，點擊某個版本，
          可能有點舊，進到鏈接里面后，選版本號新的就可以了，與linux內核的版本號一定要一樣。

          更多下載地址： https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/ 
          4.3 編譯內核方法
          1.解壓內核源碼
          2.打patch
          3.編譯linux內核并安裝 
          tar xzvf  linux-4.4.138.tar.gz
cd linux-4.4.138
patch -p1 < ../patch-4.4.138-rt65.patch
          ————————————————

          make menuconfig需要安裝這個libncurses-dev模塊
          編譯內核需要libssl-dev模塊
          sudo apt-get install libncurses-dev   bison   flex  bc   libelf-dev
sudo apt-get install libssl-dev
          配置linux內核
#據說下載包里自帶的.config文件可能導致打補丁失敗，
另一種辦法是將原linux系統(tǒng)中的.config文件拷貝到內核文件夾,
這樣編譯出來的內核與本機兼容性更好

           cp /boot/config-4.15.18 ./
          make menuconfig
          選擇Processor type and feature   —>   Fully Preemptible Kernel (RT)這個選項，具體路徑如下圖。保存。（2021.3.10更新，內核5.0以上的不是這樣的路徑？）
                       



                        


          ——

                                  
          編譯內核，再安裝，更新grub.
          編譯時加上 INSTALL_MOD_STRIP=1 可以生成沒有調試信息的模塊，大大減小內核的大小。
          // 編譯
make -j2
// 如果直接安裝到本機上，直接make install 即可
// make install 會自動執(zhí)行 update-grub2
sudo make install -j



幾個可選的命令和參數(shù)：
// make modules_install 用于安裝/lib/modules目錄下的驅動， 
安裝的模塊可能含有調試信息，文件非常大，
可以使用INSTALL_MOD_STRIP選項去除調試信息
sudo make INSTALL_MOD_STRIP=1 modules_install  


如果不希望將內核安裝到本機，比如將內核放到某個目錄，
然后復制到另一臺機器上，用 INSTALL_MOD_PATH指定modules安裝目錄， 
INSTALL_PATH 指定內核安裝路徑：
make INSTALL_MOD_PATH=~/work/linux/bin   modules_install
make  INSTALL_PATH=~/work/linux/bin/boot  install


// 對于嵌入式板子還需要安裝dtbs，用INSTALL_DTBS_PATH指定安裝的路徑。
x86上不需要dtbs
make  INSTALL_DTBS_PATH=~/work/linux/bin  dtbs_install 
————————————————

重啟后會多一個  linux-4.4.138-rt  的啟動選項。
如果要在grub界面停一下，選擇內核，需要修改/etc/default/grub文件
# 注釋掉下面這行將會顯示引導菜單
#GRUB_TIMEOUT_STYLE=hidden
GRUB_TIMEOUT=5

5.cyclictest測試實時性
可參考以下網頁：

https://blog.csdn.net/kl1125290220/article/details/78560220

https://blog.csdn.net/longerzone/article/details/16897655

cyclictest 講的非常詳細 https://zhuanlan.zhihu.com/p/336381111

sudo apt-get install rt-tests 

安裝這個工具，運行cyclictest程序進行實時性測試：

sudo cyclictest -t 5 -p 80 -n 
注釋： 運行五個線程，線程優(yōu)先級為80，無限循環(huán)
————————————————
          cyclictest運行結果詳解
             
          T: 0     序號為0的線程
          P: 0     線程優(yōu)先級為0
          C: 9397  計數(shù)器。線程的時間間隔每達到一次，計數(shù)器加1
          I: 1000  時間間隔為1000微秒(us)
          Min:     最小延時(us)
          Act:     最近一次的延時(us)
          Avg：    平均延時(us)
          Max：    最大延時(us)   
          測試結果示例：
          1.實體機測試結果
          # /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.虛擬機測試結果 
          在虛擬機中效果一般，受主機的限制太大。
          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.也可以進行多次運行并統(tǒng)計結果
sudo  cyclictest -l10000000 -m -n -t1 -p99 -i2000 -h100
            
          -l10000000 ：指定1千萬循環(huán)，

          -m ：鎖定當前和將來的內存分配，

          -n ：指定使用 clock_nanosleep，

          -t1 ：指定開一個線程進行測試，

          -p99 ：指定最高優(yōu)先級，

          -i2000 ：指定基本線程間隔,單位是us，

          -h100 ：指定統(tǒng)計結果的分布情況。

          程序執(zhí)行結束后，輸出顯示平均延時1 us，最大延時15 us，通過直方分布圖察看，
          大多集中在1-7 us以內。
          ————————————————
          # /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:2000 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
…………（中間都是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.總結
          實時性補丁能夠較好地滿足我們的需求（1ms），實現(xiàn)較強的實時性。
          7.無需動手編譯，直接安裝預編譯內核的方法
          ubuntu 和centos 都提供了預編譯的prempt 內核， 只是ubuntu的是lowlatency 
          低延時內核，centos的是rt kernel最高級實時
          7.1 ubuntu 安裝低延時內核
          參考https://linuxmusicians.com/viewtopic.php?t=18536
          apt-get install linux-lowlatency
          7.2 centos  安裝預編譯的實時內核
          官方 redhat 8 安裝rt內核文檔 https://access.redhat.com/documentation/en-us/
           red_hat_enterprise_linux_for_real_time/8/html-single/installation_guide/index

          參考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
          8 查看內核當前的實時性信息
          首先是用 uname -an 查詢內核信息，本例中可以看到PREEMPT，但這不是最高的實時性。
          PREEMPT_RT才是最高的實時性。
           
ubuntu@ubuntu:~$ uname -an
Linux ubuntu 5.4.0-1045-raspi #49-Ubuntu SMP PREEMPT Wed 
Sep 29 17:49:16 UTC 2021 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux
          也可以通過查看當前內核的配置文件，一般在/boot目錄下，或/proc目錄下
          /boot/config-***
          /proc/config.gz
          查找以下的字符串，不同的字符串有不同的含義：
          PREEMPT_NONE
        bool "No Forced Preemption (Server)"
 
PREEMPT_VOLUNTARY
        bool "Voluntary Kernel Preemption (Desktop)"
 
PREEMPT
        bool "Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop)"
 
PREEMPT_RT
        bool "Fully Preemptible Kernel (Real-Time)"
          9 關于PREEMPT的理論方面的介紹
          A realtime preemption overview [LWN.net]

          realtime:documentation:technical_details:start [Wiki]

          https://elinux.org/images/d/de/Real_Time_Linux_Scheduling_
           Performance_Comparison.pdf
          ————————————————
          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).
————————————————
          原文鏈接：https://blog.csdn.net/v6543210/article/details/80941906
          
				
          *博客內容為網友個人發(fā)布，僅代表博主個人觀點，如有侵權請聯(lián)系工作人員刪除。
          
				
            	
                
				
								
          
				           
            
          
		
          
		
          
		
          
		
          
		
		
          
			
            
				
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          關鍵詞：
            			            Linux-RT
                        
            
          
          
			
          
		
          	
		

	

          
	
          
		

          
	
          
		
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