硬实时RTlinux系统配置

4. 配置RTLinux
- 4.1 配置Patch
- 4.2 配置RTLinux内核
- 4.3. 编译Rtlinux内核
- 4.4 制作initramfs启动引导：
5. 大功告成，启动运行RTlinux
6. 测试RTLinux
- 6.1 编译安装 RT-tests
- 6.2 执行测试程序
7. 深入探讨下RTLinux
- 原理： RTLinux将内核变成完全抢占式
- 所谓的实时调度策略
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书接上篇：硬实时RTLinux安装配置详解 (一)：准备工作

4. 配置RTLinux

4.1 配置Patch

准备工作做完后，就开始配置RTLinux，
首先需要生成Patch，cd到usr/src/rt-preempt-linux/目录下：

将patch 复制到linux内核目录下：cp patch-4.19.1-rt2.patch linux-4.19.1

然后进入内核源码目录：usr/src/rt-preempt-linux/linux-4.19.1

给linux内核配置RT patch:（打Patch）
patch -p1 < patch-4.19.1-rt2.patch

4.2 配置RTLinux内核

继续在usr/src/rt-preempt-linux/linux-4.19.1中，

执行make mrproper 或make clean 在编译前清除一下环境
拷贝/boot文件夹下与当前内核版本匹配的config文件到内核源码目录，并命名为.config：
执行make menuconfig 图形化配置内核

弹出menu配置窗口：

进入到“General setup”

在"Preemption Model"中选择“Fully Preemptible Kernel(Real-Time)”
输入空格选择Fully Preemptible Kernel，

因为Linux内核采用标准Unix技术使得内核是不可抢占的，采用固定时间片调度，通过该设置使得内核能够实现完全抢占

回到上一层，进入”Device Drivers”中，去掉“Staging drivers”

输入N反选

General setup -> Timers subsystem，选中“High resolution timer
support”，
使用高精度Timer，可以提高RTLinux实时性
“Processor type and features” ->“Timer frequency”选1000 HZ

Linux默认Timer是100Hz，这里设置提升Timer为1000Hz （否则RTlinux实时性测试会很差）
检测.config里如果有如下CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS配置，需要注释掉，否则会连接证书校验报错
通过gedit或mousepad，编辑.config文件：

4.3. 编译Rtlinux内核

上面步骤完成后，在内核源码目录下，执行make编译内核

新版本Make同样也会进行make module
编译过程会比较费时，根据电脑性能不同大约需要1-3个小时左右。

等待make结束

如果make过程报错，原因大多是依赖包安装不全，可以根据报错信息对依赖包进行安装）

make成功后，执行make install
之后执行Make modules_install 安装各模块

4.4 制作initramfs启动引导：

还没算完，需要制作initramfs 才能引导RTlinux 内核启动
cd /boot ，在/boot目录下：

执行mkinitramfs -k -o initrd.img-4.19.1-rt2 4.19.1-rt2

5. 大功告成，启动运行RTlinux

上述步骤全部正确完成后，重启会弹出选择4.19.1-rt2版本，既编译的RTlinux内核版本的硬实时linux操作系统（Grab已自动配置）

启动后，查看内核版本，既为RTlinux硬实时操作系统内核的linux ：

uname -a

同时查看boot config，确认目前这个内核已是实时内核配置
cat /boot/config-4.19.1-rt2 | grep CONFIG_PREEMPT_RT

接下来就可以在RTLinux上实现应用开发啦

6. 测试RTLinux

6.1 编译安装 RT-tests

使用RT-tests对RTLinux的实时性进行性能测试：

rt-tests包已经可以直接apt安装了：
apt-get install rt-tests

或者获取source 自己make：

apt-get source rt-tests

更改makefile prefix为安装目录

之后进行Make rt-test
（这一步如果报错numa.h：No such file，需要apt-get install libnuma-dev）

之后 make all即可

6.2 执行测试程序

安装完成后，通过cyclictest cmd开始测试：

cyclictest -t 5 -p 80 -n

使用rt的内核：

使用非rt的内核：

上面图片跑在虚拟机上面的，所以实时性测试效果很差，但也能看出一些rt和非rt的实时性差距。

如果用真机测试，这些延时等参数会好很多，一般的AVG 在1-5us左右.

真机测试结果：

cyclictest cmd的参数介绍：

可参考Preempt_Test：
https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Preemption_Test

git clone git://github.com/ghaskins/preempt-test.git

7. 深入探讨下RTLinux

原理： RTLinux将内核变成完全抢占式

主要通过：

修改lock原语的实现，使得资源可以抢占
修改使得被spinlock_t,
rwlock_t等保护的临界区可以抢占，raw_spinlock_t, raw_rwlock_t等保留不能抢占的特性
优先级继承priority inheritance的实现
中断处理程序变成可被抢占的内核线程，软中断被视为内核线程上下文，就像用户空间的进程一样拥有一个task_struct。
原本的linux定时器的API拥有了更高精度，使得用户空间POSIX timer也拥有了更高精度

RTLinux内核结构示意图：

所谓的实时调度策略

实时进程将得到优先调用，实时进程根据实时优先级决定调度权值，普通分时进程则通过nice和counter值决定权值，nice越小，counter越大，被调度的概率越大，也就是曾经使用了cpu最少的进程将会得到优先调度。

实时任务按照可抢占优先级调度算法进行，就绪态的实时任务可以立即抢占非实时任务。

SCHED_FIFO：First Input First Output，优先级范围1-99（最大）
SCHED_FIFO一旦占用cpu则一直运行。一直运行直到有更高优先级任务到达或自己放弃。

如果有相同优先级的实时进程（根据优先级计算的调度权值是一样的）已经准备好，FIFO时必须等待该进程主动放弃后才可以运行这个优先级相同的任务。
而RR可以让每个任务都执行一段时间。

可惜的是WindRiver 收购RTlinux后，很多资源都无法访问了，不过目前基本应用来说，已经足够了

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