第4章实时性内核配置（上）

第四章：实时性内核配置（上）

好，咱们进入正题。这一章讲的是实时性内核配置的上半部分。说白了，就是让Linux内核从「尽力而为」变成「说到做到」。我当年第一次调EtherCAT主站时，没做任何内核优化，结果周期抖动直接飙到几百微秒——那叫一个惨。后来老老实实把PREEMPT_RT打开，抖动立马降到个位数。

嗯，咱们一个一个来。

PREEMPT_RT是什么？它让内核变得「随时可打断」。普通内核里，一个任务如果进了内核态，它可能霸占CPU很久。PREEMPT_RT把这个时间压缩到极致。

我个人习惯，在编译内核时直接选上：

Kernel Features --->
  Preemption Model (Fully Preemptible Kernel (Real-Time)) --->
    (X) Fully Preemptible Kernel (Real-Time)

选完之后，你可以在启动日志里确认：

dmesg | grep -i "preempt"

如果看到类似 Preemptible kernel (with RT) 的字样，那就对了。

重要：PREEMPT_RT不是万能的。它主要解决的是内核态抢占延迟，不是用户态调度延迟。如果你用户态调度乱成一锅粥，光靠PREEMPT_RT救不了你。

我在项目中遇到过一件事：有个同事开了PREEMPT_RT，但周期抖动还是很大。查了半天，发现是某个驱动里用了自旋锁，锁的持有时间太长。PREEMPT_RT能打断大部分内核路径，但自旋锁区域它动不了。所以，开了RT之后，还得检查驱动代码。

小技巧：用 cyclictest 测试实时性。跑个几分钟，看最大延迟。如果超过100微秒，说明还有优化空间。

HZ频率，说白了就是内核时钟中断的频率。100Hz意味着每10ms一次中断，1000Hz就是每1ms一次。

你想想看，EtherCAT的周期通常是1ms甚至更短。如果内核时钟中断是100Hz，那调度器只能每10ms检查一次。这中间的空档，实时任务可能被耽误很久。

我个人建议，EtherCAT场景直接上1000Hz：

Kernel Features --->
  Timer frequency (1000 Hz) --->
    (X) 1000 Hz

为什么不用100Hz？我举个例子。假设你的EtherCAT周期是1ms，100Hz的时钟中断意味着调度器每10ms才「醒」一次。这10ms里，你的实时任务可能被普通任务堵住，完全没法响应。1000Hz下，调度器每1ms醒一次，实时任务最多等1ms就能被调度。

注意：1000Hz会带来额外的CPU开销。因为时钟中断处理程序每1ms跑一次，CPU占用会高一点。但在现代多核处理器上，这点开销可以忽略不计。别为了省这点性能，牺牲了实时性。

我曾经在一个项目里试过250Hz，想着省点CPU。结果EtherCAT周期抖动直接超了200微秒。改回1000Hz后，抖动降到20微秒以内。嗯，从此我再也不纠结这个了。

CPU隔离，就是把某些CPU核心从内核的通用调度器中「摘」出来。这些核心只运行你指定的任务，不会被其他乱七八糟的进程打扰。

配置方法很简单，在启动参数里加：

isolcpus=1,2

这表示CPU1和CPU2被隔离。内核不会把普通进程调度到这两个核心上。你可以手动把EtherCAT主站进程绑定到隔离核心上：

taskset -c 1 ./ethercat_master

为什么需要隔离？你想想看，如果EtherCAT主站和桌面环境、日志服务、网络栈抢同一个核心，那实时性肯定完蛋。隔离之后，这些核心只为你服务。

关键点：隔离不是万能的。中断处理程序仍然可能跑到隔离核心上。你需要配合 irqbalance 或者手动设置中断亲和性，把网卡中断也绑到非隔离核心上。

我习惯的做法是：

我曾经踩过一个坑：隔离了核心，但忘了处理中断。结果网卡中断频繁打到隔离核心上，EtherCAT周期抖动反而更大了。后来把中断亲和性设好，问题才解决。

提示：可以用 cat /proc/irq/xxx/smp_affinity 查看中断亲和性。把网卡中断的亲和性设成非隔离核心的CPU掩码。

这一章咱们聊了三件事：

这三步做完，你的EtherCAT实时性基本就有了保障。下一章咱们继续聊剩下的配置——中断线程化、RCU、cgroup等等。嗯，到时候见。