- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Операционная система реального времени необходима, когда к работе процессора или потоку данных предъявляются жесткие временные требования. Таким образом она часто выполняет роль блока управления в специальных устройствах. Проведение научных экспериментов, приложения визуализации в медицине, промышленные устройства управления являются системами реального времени. Механизмы впрыска топлива автомобильных двигателей, контроллеры бытовой и военной техники также являются системами реального времени.
При этом разные события имеют различные временные требования. Например, требование к задержке для антиблокировочной тормозной системы может составлять от 3-5 миллисекунд. То есть с момента, когда колесо впервые обнаруживает, что оно скользит, у системы, управляющей антиблокировочными тормозами, есть от 3-5 миллисекунд, чтобы отреагировать и исправить ситуацию.
Возможности ядра в реальном времени существует уже более десяти лет в экосистеме программ с открытым исходным кодом. Столько же времени доступна поддержка Red Hat Enterprise Linux (RHEL) для ядра реального времени. Тем не менее многие системные администраторы неверно истолковывают его основные концепции и фактическое рабочее поведение. В этой статье я опишу некоторые из его основных функций, отличия от стандартного ядра и шаги по установке.
Для разных классов задач можно обозначить системы мягкого реального времени и системы жесткого реального времени. Первые не гарантируют точное время, когда критический процесс будет запланирован в реальном времени. Они гарантируют только то, что процессу будет отдано предпочтение перед некритическими процессами. Вторые имеют более строгие требования и задание либо выполняется в заданных временных рамках, либо считается не выполненным.
Мы называем задержкой события время, которое проходит с момента возникновения события до момента его обслуживания. Есть два типа задержек, оказывающих влияние на производительность ОС реального времени.
Рис. 1 Задержка прерывания.
Рис. 2 Задержка диспетчеризации.
Наиболее важной особенностью ОС реального времени — немедленно реагировать на критический процесс, требующий доступ к ресурсам CPU. В результате планировщик для операционной системы реального времени должен поддерживать алгоритм приоритетного прерывания. Такие алгоритмы назначают каждому процессу приоритет в зависимости от его степени важности. Если планировщик также поддерживает приоритетное прерывание, текущий процесс на CPU по запросу будет вытеснен в пользу более приоритетного процесса.
Рис. 3 Классификация планировщиков.
Существует несколько алгоритмов для планировщика в реальном времени.
При числе процессов n, стремящемся к бесконечности ряд будет сходиться к ln2 ≈ 0.693147.
Рис. 4 Планировщик EDF.
На рисунке видим общий принцип работы планировщика. На точке 4 был замещён T1 и его место занял T2 так как его крайний срок наступал раньше, чем у T2. После отработки T3 планировщик вернулся к T1, который завершился на отметке 23.
Для начала следует подключить репозиторий Red Hat Enterprise Linux для Real Time, и установить группу пакетов RT.
[root@server ~]# subscription-manager repos --enable rhel-8-for-x86_64-rt-rpms
[root@server ~]# yum groupinstall RT
В составе RT идут эти компоненты:
После установки RT и перезагрузки нужно убедиться, что загружено ядро kernel-rt.
[root@server ~]# uname -a
Linux rt-server.example.com 4.18.0-80.rt9.138.el8.x86_64 …
Посмотрим на некоторые отличия kernel-rt от стандартного ядра.
Рис. 5 Сравнение kernet_rt со стандартным ядром.
На графике показан замер времени отклика из миллиона повторений для систем, использующих ядра RHEL Linux 7 и RHEL Real Time соответственно. Синие точки на этом графике представляют время отклика (в микросекундах) систем со стандартным ядром RHEL 7, а зеленые — RHEL 7 Real Time. Из графика видно, что особенность kernel-rt в гораздо меньшей дисперсии и, соответственно, в большей предсказуемости времени отклика системы.
После установки RT может потребоваться дополнительная настройка и доводка для достижения наиболее стабильных показателей времени отклика системы. Такие требования могут предъявить компании финансового, или телекоммуникационного сектора. Сама настройка — итеративный процесс и нужно запастись терпением в начале процесса. Вряд ли получится подкрутить пару переменных и понять, что достигнут наилучший результат из возможных.
Утилита hwlatdetect из пакета rt-tests покажет задержки, вызванные аппаратным и микропрограммным обеспечением, путем опроса источника тактовых импульсов и поиска непонятных пропусков.
[root@server ~]# hwlatdetect --duration=60s
hwlatdetect: test duration 60 seconds
detector: tracer
parameters:
Latency threshold: 10us
Sample window: 1000000us
Sample width: 500000us
Non-sampling period: 500000us
Output File: None
Starting test
test finished
Max Latency: Below threshold
Samples recorded: 0
Samples exceeding threshold: 0
В данном примере parameters указывает на задержку и способ обнаружения. Порог задержки по умолчанию был выставлен на 10 микросекунд (10 μs).
RT имеет также утилиту rteval для тестирования производительности системы в реальном времени под нагрузкой. Программа создаёт большую нагрузку на систему, используя планировщик SCHED_OTHER, а затем измеряет отклик в реальном времени на каждом из активных CPU. Цель в том, чтобы постоянно выполнялись различные задачи, такие как выделение / освобождение памяти, дисковый I/O, вычисления, копирование памяти и другие.
Каждый поток измерений берет временную метку, бездействует в течение некоторого интервала, а затем принимает другую временную метку после пробуждения. Задержка по результатам измерения равна t1 - (t0 + i)
, где
Отчет утилиты rteval выглядит так.
System:
Statistics:
Samples: 1440463955
Mean: 4.40624790712us
Median: 0.0us
Mode: 4us
Range: 54us
Min: 2us
Max: 56us
Mean Absolute Dev: 1.0776661507us
Std.dev: 1.81821060672us
CPU core 0 Priority: 95
Statistics:
Samples: 36011847
Mean: 5.46434910711us
Median: 4us
Mode: 4us
Range: 38us
Min: 2us
Max: 40us
Mean Absolute Dev: 2.13785341159us
Std.dev: 3.50155558554us
Автор: oldadmin
Источник [4]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/linux/359072
Ссылки в тексте:
[1] What are the benefits of running the Red Hat Enterprise Linux for Real Time?: https://access.redhat.com/solutions/2275391
[2] Working with the real-time kernel for Red Hat Enterprise Linux: https://www.redhat.com/sysadmin/real-time-kernel
[3] Advanced tuning procedures to optimize latency in RHEL for Real Time: https://access.redhat.com/documentation/en-us/red_hat_enterprise_linux_for_real_time/8/html-single/tuning_guide/index
[4] Источник: https://habr.com/ru/post/529388/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=529388
Нажмите здесь для печати.