嵌入式Linux實時化技術
Linux實時化技術及評價
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/106458.htm2.6版本Linux內核實時性能有一定增強,雙內核方式的Linux實時化技術也在不斷發(fā)展中。原來由FSMLab維護的RTLinux,其版權在2007年2月被Wind River購買,RTAI支持x386等體系結構,但由于其代碼較難維護、bug較難調試等原因,許多開發(fā)者加入了Xenomai項目。Xenomai支持最新2.6版 Linux,相比之下代碼相對穩(wěn)定和可維護,開發(fā)模式較活躍。
內核補丁方式的Linux實時化技術在2.6版內核基礎上做了大量改進,使得內核中除了中斷關閉和IRQ線程分派、調度和上下文切換之外的絕大部分代碼都可以被搶占,不可搶占的自旋鎖保護臨界區(qū)從一千多個減少到幾十個,使得內核實時性得到極大的提高,獲得社區(qū)廣泛支持并逐漸成為Linux實時化主流技術。
Linux內核實時化改進
實時搶占內核補丁針對Linux各種延遲進行了實時化改進,主要包括了幾個方面的技術。
● 實時搶占內核
為了實現(xiàn)內核完全可搶占,實時內核臨界區(qū)用高性能優(yōu)先級繼承mutex替換原來自旋鎖(spin-lock)來進行保護,使得在臨界區(qū)內的執(zhí)行也可被搶占。只有當線程想訪問一個其他線程正在訪問的臨界區(qū)時,才被調度至睡眠,直到所保護的臨界區(qū)被釋放時被喚醒。
在實時搶占內核中通過優(yōu)先級繼承機制(PI)在線程被一個低優(yōu)先級線程所持有的資源阻塞時,低優(yōu)先級線程通過繼承被阻塞線程優(yōu)先級,盡快執(zhí)行并釋放所持資源而不被其他線程所搶占。
● 新型鎖機制帶來內核性能提升
實時搶占補丁替換了大內核鎖(BKL),將BKL從spin lock改成是mutex,持有BKL的線程也可以被搶占,減少了內核調度延遲。此外,實時搶占補丁通過mutex替代semaphore,避免了不必要的時間負載。實時搶占補丁實現(xiàn)了可搶占的RCU(Read- Copy Update)鎖和串行化讀寫鎖,保證了執(zhí)行可預測性,提高了性能。
● 中斷線程化
實時搶占補丁通過內核線程來實現(xiàn)一些硬件中斷和軟件中斷的服務程序。體系結構相關處理代碼設置IRQ狀態(tài)、檢查線程化的中斷是否使能,并喚醒相關線程。在中斷線程被調度執(zhí)行后,進行中斷服務處理。在實時搶占內核中,用戶線程優(yōu)先級可以高于設備中斷服務線程。實時任務無需等待設備驅動處理程序執(zhí)行,減小了實時搶占延遲。
● 時鐘系統(tǒng)改進
實時搶占內核的時鐘系統(tǒng)重新進行了設計,實現(xiàn)了高精度定時器。時鐘精度不再依賴jiffies,使POSIX定時器和nanosleep精度由具體硬件所能提供的精度決定,使得gettimeofday能夠提供實時系統(tǒng)所需的精確時間值。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)
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