基于Linux内核的实时调度调优实战

📚 共计 30 章节

实时系统概述

实时系统定义、硬实时与软实时区别、应用场景（工业控制、自动驾驶、音视频）

Linux内核调度器演进

O(n)调度器、O(1)调度器、CFS调度器、实时调度类（RT）的引入

实时调度策略详解

SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE的原理与区别

实时优先级与时间片

实时优先级范围（0-99）、优先级继承协议、时间片分配机制

优先级时间片

内核抢占模型

Preempt Kernel配置、FULL PREEMPT vs PREEMPT_VOLUNTARY、低延迟补丁

实时内核编译与配置

内核源码获取、配置RT组调度、编译选项详解（CONFIG_PREEMPT_RT）

实时任务创建与设置

pthread_setschedparam、sched_setscheduler系统调用、chrt命令

内存锁定与页错误

mlockall/mlock系统调用、避免实时任务缺页中断、大页内存配置

CPU亲和性与隔离

taskset命令、cpuset控制组、isolcpus内核参数、CPU隔离实战

隔离亲和性

中断亲和性与线程化

IRQ affinity设置、中断线程化（threadirqs）、避免中断风暴

中断线程化

实时调度延迟来源分析

上下文切换、缓存未命中、中断延迟、调度器锁竞争

Cyclictest工具详解

安装与编译、参数含义（间隔、优先级、历史）、结果解读

Ftrace追踪调度延迟

function tracer、wakeup tracer、irqsoff tracer、preemptoff tracer

Perf性能分析

perf sched命令、perf record/report、调度延迟热点定位

实时负载测试

stress-ng、hackbench、rt-tests套件、自定义负载脚本

实时调度调优方法论

测量-分析-调整-验证循环、基线建立、增量优化

方法论调优

SCHED_DEADLINE深入

EDF算法原理、运行时参数（runtime/deadline/period）、与CFS共存

实时组调度

RT group scheduling、cpu.rt_runtime_us、cpu.rt_period_us配置

cgroup组调度

实时任务优先级反转

问题复现、优先级继承协议（PI）、互斥锁与futex

实时任务死锁检测

lockdep工具、死锁预防策略、实时场景下的锁设计

实时网络栈优化

NAPI轮询、RPS/RFS、XDP、实时网络延迟控制

实时存储I/O优化

CFQ vs deadline vs noop调度器、O_DIRECT、异步I/O

实时虚拟化

KVM实时优化、vCPU pinning、RT guest配置、virtio优化

Docker实时配置、cgroup v2实时组、CPU pinning与隔离

实时系统监控

top/htop实时优先级查看、/proc/sched_debug、/proc/latency_stats

实时日志与调试

printk延迟影响、trace_printk、动态调试、kdump

实时系统稳定性

看门狗（watchdog）、软锁检测（softlockup）、硬锁检测（hardlockup）

稳定性看门狗

实时系统安全

实时任务权限控制、CAP_SYS_NICE、SELinux与RT任务

实时系统案例分析

自动驾驶感知模块调优、工业机器人控制周期优化、音频处理低延迟

实时调度未来趋势

PREEMPT_RT主线化进展、EAS调度器、混合关键系统（MCS）