所谓实时,就是一个特定任务的执行时间必须是确定的,可预测的,并且在任何情况下都能保证任务的时限(最大执行时间限制)。实时又分软实时和硬实时,所谓软实时,就是对任务执行时限的要求不那么严苛,即使在一些情况下不能满足时限要求,也不会对系统本身产生致命影响,例如,媒体播放系统就是软实时的,它需要系统能够在1秒钟播放24帧,但是即使在一些严重负载的情况下不能在1秒钟内处理24帧,也是可以接受的。所谓硬实时,就是对任务的执行时限的要求非常严格,无论在什么情况下,任务的执行实现必须得到绝对保证,否则将产生灾难性后果,例如,飞行器自动驾驶和导航系统就是硬实时的,它必须要求系统能在限定的时限内完成特定的任务,否则将导致重大事故,如碰撞或爆炸等。
很久没有写技术文章了,做码农难,做养娃的码农更难,趁着娃看动画片的机会,受着王菲童鞋《我和我的祖国》歌唱精神的鼓舞,我要来说几句。
众所周知,硬实时的概念,其核心并非追求速度的极致,而是确保系统能在预定的、可重复的时间范围内给予确定的响应。这意味着,实时系统的正确性不仅在于计算逻辑的正确,更在于结果的产生时间是否符合预期。以汽车为例,当发生碰撞时,安全气囊必须在极短的时间内弹开,否则可能无法起到应有的保护作用。
实时分为硬实时和软实时,硬实时要求绝对保证响应时间不超过期限,如果超过期限,会造成灾难性的后果,例如汽车在发生碰撞事故时必须快速展开安全气囊;软实时只需尽力使响应时间不超过期限,如果偶尔超过期限,不会造成灾难性的后果.
当中断被关闭(俗称关中断)了,CPU就不能响应其他的事件,如果这时有一个鼠标中断,要在下一次开中断时才能响应这个鼠标中断,这段延迟称为中断延迟。向current_tracer 文件写入 irqsoff字符串即可打开irqsoff来跟踪中断延迟。
硬实时和软实时的区别就是一个命令从准备执行到实际执行的时间长度的区别。比如要点亮一个LED灯。运行到这个指令的时候有些其他的中断产生,到执行这个命令的时候就产生了一些延迟,有的程序延迟10ms,有的延迟1ms,有的10us。如果需求是最多2ms内必须执行,那10ms的是软实时,1ms和10us的是硬实时。如果需求是最多20us内必须执行,那10ms和1ms的是软实时,10us的是硬实时。所以软硬实时得看具体需求。
本文主要讨论在高实时要求、高效能计算、DPDK等领域,Linux如何让某一个线程排他性独占CPU;独占CPU涉及的线程、中断隔离原理;以及如何在排他性独占的情况下,甚至让系统的timer tick也不打断独占任务,从而实现最低的延迟抖动。
在计算机系统中,CPU的功能是执行程序,总结起来就是我们在教科书上学到的:取指、译码、执行。那么问题来了,如果没有程序要执行,CPU要怎么办?也许您会说,停掉就是了啊。确实,是要停掉,但何时停、怎么停,却要仔细斟酌,因为实际的软硬件环境是非常复杂的。
HZ定义在<asm/param.h>,在i386平台上,目前采用的HZ值是1000。
相信多数工程师们或多或少都对硬实时有一定的理解,但是仍然都其深入的实现机理不太了解。关于为什么有的操作系统可以做到硬实时,而有些却做不到,为什么可以做到或者为什么做不到等问题,仍存在不少的疑惑。
(2)如何解决中断处理程序执行过长和中断丢失的问题: Linux 将中断处理过程分成了两个阶段,也就是上半部和下半部。 上半部用来快速处理中断,它在中断禁止模式下运行,主要处理跟硬件紧密相关的或时间敏感的工作。也就是我们常说的硬中断,特点是快速执行。 下半部用来延迟处理上半部未完成的工作,通常以内核线程的方式运行。也就是我们常说的软中断,特点是延迟执行。
啪啪啪,滋滋滋,通常我们会在手机里听得这些杂音,特别是在一些LLD audio的情况下,更是如此。 audio 杂音产生的原因很多。
实时虚拟化听起来有点矛盾,但是它确实是有用的(在某些条件下),并且为 Linux 内核的灵活性又提供了一个强有力的证明。KVM2015 论坛的前两个演讲就详细的讨论了实时虚拟化。第一个演讲者是 Rik
中断是计算机体系结构中的一个重要概念,用于处理器响应异步事件。中断设计对于提高计算机系统的性能和响应能力至关重要。下面详细讲解中断的工作原理、类型、中断处理流程以及中断设计的关键组件,并附上逻辑示意图。
实时系统要求对事件的响应时间不能超过规定的期限,响应时间是指从某个事件发生到负责处理这个事件的进程处理完成的时间间隔,最大响应时间应该是确定的、可以预测的。
| 导语 本文主要是讲Linux的调度系统, 由于全部内容太多,分三部分来讲,调度可以说是操作系统的灵魂,为了让CPU资源利用最大化,Linux设计了一套非常精细的调度系统,对大多数场景都进行了很多优化,系统扩展性强,我们可以根据业务模型和业务场景的特点,有针对性的去进行性能优化,在保证客户网络带宽前提下,隔离客户互相之间的干扰影响,提高CPU利用率,降低单位运算成本,提高市场竞争力。欢迎大家相互交流学习!
NVMe SSD具有高性能、低时延等优点,是目前存储行业的研究热点之一,但在光鲜的性能下也同样存在一些没有广为人知的问题,而这些问题其实对于一个生产系统而言至关重要,例如:
RS-485(亦称TIA-485, EIA-485)作为一种半双工总线,其收发过程不能同时进行。 RS-485通信的具体硬件原理可查阅其他资料,此处不详述。本文仅描述其控制方法及相关问题。
今天看到一篇论文:Linux Block IO: Introducing Multi-queue SSD Access on Multi-core Systems 。 这篇论文发表于 2013 年,介绍 Linux 内核的 block layer 针对现代硬件——高速 SSD、多核 CPU(NUMA)的新设计。 总的来说,设计方案不难理解,并没有涉及什么牛逼或者新颖的内容。这里面提到的内容从 Linux 3.11 开始出现在内核,Linux 3.16 成为内核的一个完整特性[6]。Linux 5.0 开始成为 block layer 的默认选项[7]。
经常和Linux打交道的童鞋都知道,load averages是衡量机器负载的关键指标,但是这个指标是怎样定义出来的呢?
经常和 Linux 打交道的童鞋都知道,load averages 是衡量机器负载的关键指标,但是这个指标是怎样定义出来的呢?
有一个项目对实时性要求比较高,于是在linux内核上打了RT_PREEMPT补丁。
大内核锁(BKL)现在已经成为了一个遥远的记忆,但在那么多年里,它都是内核开发社区面临的一项棘手问题。然而 BKL 的终结并不意味着内核没有其他有问题的锁。近来,已经有一些关注转向了软中断锁(software-interrupt lock)或“下半部锁”(bottom half lock),因为它可能会在实时系统上导致延迟。Frederic Weisbecker 正在采取最新行动来减小这个锁的影响范围,该方法就是基于移除 BKL 时所采取的方法。
Ingo Molnar 的实时补丁是完全开源的,它采用的实时实现技术完全类似于Timesys Linux,而且中断线程化的代码是基于TimeSys Linux的中断线程化代码的。这些实时实现技术包括:中断线程化(包括IRQ和softirq)、用Mutex取代spinlock、优先级继承和死锁检测、等待队列优先级化等。
计算机操作系统诞生至今,已经出现了很多的操作系统,操作系统是计算机与人中间的缓冲部分,人是通过操作系统来编写程序控制机器。目前的操作系统大概可以分为以下几种类型
开发人员在高性能系统的性能调优过程中,经常会碰到各种背景的噪声干扰, 从而使得收集的数据不够精确。本文主要从CPU 以及Linux操作系统的角度来分析各种噪声的来源以及消除方法。最终的目标是搭建基准平台,在特定的cpu上实现”0”干扰。
因而内核提供了两个调度器主调度器,周期性调度器,分别实现如上工作, 两者合在一起就组成了核心调度器(core scheduler), 也叫通用调度器(generic scheduler).
我们知道kvm有一个半虚拟化的时钟kvm-clock,但是现在只对Linux Guest支持,半虚拟化的时钟具有准确高效的有点,而使用TSC和RTC等时钟存在效率低高延迟的缺点,本文具体介绍一下虚拟化下的时钟原理。
软中断、tasklet和工作队列并非Linux内核中一直存在的机制,而是由更早版本号的内核中的“下半部”(bottom half)演变而来。
理想状况是:按下、松开按键,各产生一次中断,也只产生一次中断。 但是对于机械开关,它的金属弹片会反复震动。GPIO电平会反复变化,最后才稳定。一般是几十毫秒才会稳定。 如果不处理抖动的话,用户只操作一次按键,会发生多次中断,驱动程序可能会上报多个数据。
Linux内核的软中断("softirq")机制有些奇怪,在早期的Linux和处理机制下比较晦涩,且仅有极少的内核开发人员会直接接触软中断。然而它是内核的大多数重要处理的核心。在某些场景下,软中断会以一种不合时宜的方式出现。特别是内核的实时抢占补丁集经常会与软中断产生冲突,该补丁集的最新版本提供了一种解决产生软中断问题的方法,值得一看。
中断其实就是由硬件或软件所发送的一种称为IRQ(中断请求)的信号。中断允许让设备,如键盘,串口卡,并口等设备表明它们需要CPU。
Yelp 础设施团队的主要目标之一就是为了尽可能接近零停机时间。那也就是说当用户访问www.yelp.com作出动作的时候,网站的响应速度必须尽可能的快。一种方法是使用 HAProxy 负载均衡能够保持 www.yelp.com 网站的响应速度。通常我们在任何地方都使用 HAProxy 来保持网站的外部负载均衡、内部负载均衡,甚至运用到构建面向服务的架构中。我们发现在 Yelp 的每台机器上运行 HAProxy,均可作为 SmartStack 的一部分。 我们喜欢在发展 SOA 的时候使用 SmartSt
1、CPU使用率不高但是软中断已经到了10%,从非idle状态的全部用在了软中断上面。
本文为Linux-RT内核应用开发教程的第一章节——Linux-RT内核简介、Linux系统实时性测试,欢迎各位阅读!本期用到的案例板子是创龙科技旗下的A40i工业级别开发板,是基于全志科技A40i处理器设计,4核ARM Cortex-A7的高性能低功耗国产开发板,每核主频高达1.2GHz。
我在多年的工程生涯中发现很多工程师碰到一个共性的问题:Linux工程师很多,甚至有很多有多年工作经验,但是对一些关键概念的理解非常模糊,比如不理解CPU、内存资源等的真正分布,具体的工作机制,这使得他们对很多问题的分析都摸不到方向。比如进程的调度延时是多少?Linux能否硬实时?多核下多线程如何执行?系统的内存究竟耗到哪里去了?我写的应用程序究竟耗了多少内存?什么是内存泄漏,如何判定内存是否真的泄漏?CPU速度、内存大小和系统性能的关联究竟是什么?内存和I/O存在着怎样的千丝万缕的联系?
随着计算机技术的飞速发展,Linux操作系统作为开源领域的佼佼者,已经深入到了各个应用场景之中。在Linux系统中,内核与用户空间之间的交互是核心功能之一,而设备驱动则是实现这一交互的关键环节。然而,传统的设备驱动开发往往受限于内核空间的限制,无法充分发挥用户空间程序的灵活性和性能优势。为了解决这个问题,Linux内核引入了UIO(Userspace I/O)驱动模型。
us(user):表示 CPU 在用户运行的时间百分比,通常用户 CPU 高表示有应用程序比较繁忙。典型的用户程序有:数据库、Web 服务器等。
一般的linux都是GPOS(通用)内核。GPOS是不保证实时的,但是对于大多数应用程序来说是没有问题的。GPOS可以充分利用物理资源。但在实时性要求性比较高的场景需要使用实时内核,RT内核。RT的代价就是牺牲掉了资源利用率,使得相同的资源生产能力下降。
比如说你订了一份外卖,但是不确定外卖什么时候送到,也没有别的方法了解外卖的进度, 但是,配送员送外卖是不等人的,到了你这儿没人取的话,就直接走人了;所以你只能苦苦等着,时不时去门口看看外卖送到没,而不能干其他事情;不过呢,如果在订外卖的时候,你就跟配送员约定好,让他送到后给你打个电话,那你就不用苦苦等待了,就可以去忙别的事情,直到电话一响,接电话、取外卖就可以了、
基于专家知识库形成运维工具,提升操作系统底层运维能力,具备高效自动化运维能力:通过监控、诊断、维护等达到全过程自动化运维。
SPDK是一套存储开发套件,专门为专用设备(NVME)设计。全称是The Storage Performance Development Kit。SPDK提供了一系列的高性能、可扩展、用户态下面的工具和库。它有如下三个优势
中断服务程序一般都是在中断请求关闭的条件下执行的,以避免嵌套而使中断控制复杂化。但是,中断是一个随机事件,它随时会到来,如果关中断的时间太长,CPU就不能及时响应其他的中断请求,从而造成中断的丢失。因此,Linux内核的目标就是尽可能快的处理完中断请求,尽其所能把更多的处理向后推迟。例如,假设一个数据块已经达到了网线,当中断控制器接受到这个中断请求信号时,Linux内核只是简单地标志数据到来了,然后让处理器恢复到它以前运行的状态,其余的处理稍后再进行(如把数据移入一个缓冲区,接受数据的进程就可以在缓冲区找到数据)。因此,内核把中断处理分为两部分:上半部(tophalf)和下半部(bottomhalf),上半部(就是中断服务程序)内核立即执行,而下半部(就是一些内核函数)留着稍后处理。
查看CPU使用 在 Linux 系统下,使用 top 命令查看 CPU 使用情况。
“我叮咛你的 你说 不会遗忘 你告诉我的 我也全部珍藏 对于我们来说 记忆是飘不落的日子 永远不会发黄 相聚的时候 总是很短 期待的时候 总是很长 岁月的溪水边 捡拾起多少闪亮的诗行 如果你要想念我 就望一望天上那 闪烁的繁星 有我寻觅你的 目光” 谢谢你,曾经来过~ 中断与定时器是我们再熟悉不过的问题了,我们在进行裸机开发学习的 时候,这几乎就是重难点,也是每个程序必要的模块信息,那么在Linux中,我们又怎么实现延时、计数,和中断呢? 一、中断 1.概述 所谓中断是指cpu在执行程序的过程中,出现了某些
有的时候在驱动程序中需要延迟某些操作的进行,最典型的操作就是在驱动程序的中断处理函数延迟操作。比如在DMA驱动中,当数据传输完毕之后会触发中断的,通常这时候会启动一个tasklet来完成耗时的操作,也就是中断的下半部,让中断尽早的返回。
工作队列(work queue)是另外一种将工作推后执行的形式,tasklet(小任务机制)有所不同。工作队列可以把工作推后,交由一个内核线程去执行,也就是说,这个下半部分可以在进程上下文中执行。这样,通过工作队列执行的代码能占尽进程上下文的所有优势。最重要的就是工作队列允许被重新调度甚至是睡眠。
原文链接:https://blog.csdn.net/dog250/article/details/46666029
本文补充校正一些Linux内核开发者关于GFP_ATOMIC的认知不完整的地方,阐述GFP_ATOMIC与free内存watermark的关系,并明确什么时候应该用GFP_ATOMIC申请内存。目录:
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