Linux-RT特点与简单应用

只看该作者 · 2024-7-15 16:52

Linux-RT是指Linux Real-Time（实时）的简称，它是针对实时性能优化的Linux内核版本。传统的Linux内核并不是专为实时性设计的，因此在一些对实时性要求较高的应用场景下，可能无法满足实时性要求。Linux-RT通过对Linux内核进行调整和优化，以提供更可预测、更低延迟的实时性能。

Linux-RT的主要特点和优势包括：

实时性能：Linux-RT对内核进行了调整和优化，使其具有更可预测、更低延迟的实时性能。这对于需要实时响应的应用场景非常重要，如工业自动化、机器人控制、音视频处理等领域。

抢占性：Linux-RT引入了抢占式调度（Preemptive Scheduling），允许内核中断正在执行的任务以执行更高优先级的任务。这可以降低任务响应时间，提高实时性能。

内核锁优化：Linux-RT对内核中的锁机制进行了优化，减少了锁的竞争和持有时间，从而降低了内核的上下文切换延迟。

高分辨率计时器：Linux-RT引入了高分辨率计时器（High Resolution Timer），提供微秒级的计时精度，更精确地控制任务执行时间。

优先级继承：Linux-RT支持优先级继承（Priority Inheritance），避免了优先级反转问题，提高了实时任务的响应性能。

标准Linux内核的调度器（也称为CFS调度器）和实时内核调度器

标准Linux内核调度器（CFS）
完全公平调度（CFS）：CFS调度器旨在提供对多个任务的公平调度，以便每个任务都有平等的CPU时间。它通过追踪任务的运行时间并根据任务的优先级动态调整时间片来实现这一点。
非实时性：CFS调度器的设计重点是优化多任务系统的整体吞吐量和响应时间，而不是严格保证任务的实时性。这意味着在高负载情况下，某些任务可能会经历延迟或不确定的响应时间。
不可预测性：由于CFS调度器的非实时性质，无法准确预测任务的响应时间。这对于需要严格的实时保证的应用程序来说是不可接受的。

实时内核调度器
严格的实时性保证：实时内核调度器旨在提供对实时任务的严格调度保证，确保它们在指定的时间间隔内获得处理器时间。这意味着实时任务可以在硬实时约束下运行，从而保证任务的响应时间和执行时间。
固定优先级调度：实时内核调度器通常采用固定优先级调度策略，其中任务的优先级在创建时确定，并且不会因其他任务的行为而改变。
可预测性：实时内核调度器具有高度可预测性，因为任务的调度行为是固定的，不受系统负载的影响。这使得实时任务的响应时间和执行时间可以准确地预测和保证。
低延迟和确定性：实时内核调度器通过最小化上下文切换延迟和提供硬实时保证来确保任务的低延迟和确定性。

Linux-RT上创建和管理实时任务

在Linux实时内核（Linux-RT）上创建和管理实时任务涉及到设置任务的优先级、选择调度策略以及使用适当的API来创建和管理任务。以下是在Linux-RT上创建和管理实时任务的一般步骤：
选择合适的调度策略：Linux-RT内核支持多种调度策略，包括FIFO（先进先出）、RR（轮转）和其他实时调度策略。选择适当的调度策略取决于应用程序的实时性要求和性能需求。例如，如果任务需要严格的实时性保证，则可以选择FIFO调度策略。
设置任务的优先级：实时任务的优先级决定了它们在系统中的执行顺序。优先级较高的任务将在优先级较低的任务之前执行。通常，实时任务的优先级范围从0到99，其中0是最高优先级，99是最低优先级。通过将合适的优先级分配给任务，可以确保高优先级任务优先执行。
使用合适的API创建任务：Linux-RT提供了一些API用于创建和管理实时任务。最常用的API是pthread_create()函数，它允许创建新的线程，并为线程指定优先级和调度策略。另外，也可以使用sched_setscheduler()函数和相关的调度策略设置函数来设置任务的调度策略和优先级。
使用适当的工具和命令管理任务：Linux-RT提供了一些工具和命令来管理实时任务，如chrt命令和schedtool工具。这些工具可以用来查看和修改任务的调度策略和优先级，以及监视系统中运行的实时任务。
下面一个示例，演示如何在Linux-RT上使用C语言和pthread_create()函数创建实时任务：

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#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

#include <sched.h>



#define THREAD_PRIORITY 50 // 设置线程的优先级



void *realtime_task(void *arg) {

    while (1) {

        // 实时任务的主要逻辑

        printf("Real-time task is running...\n");

        usleep(100000); // 模拟实时任务的处理时间

    }

    return NULL;

}



int main() {

    pthread_t tid;

    struct sched_param param;



    // 初始化线程属性

    pthread_attr_t attr;

    pthread_attr_init(&attr);



    // 设置线程调度策略为SCHED_FIFO，并设置优先级

    pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_FIFO);

    param.sched_priority = THREAD_PRIORITY;

    pthread_attr_setschedparam(&attr, &param);



    // 创建实时任务

    pthread_create(&tid, &attr, realtime_task, NULL);



    // 主线程继续执行其他逻辑



    // 等待实时任务结束

    pthread_join(tid, NULL);



    return 0;

}