概述
本文主要介绍了如何编译测试Linux实时内核的实时性的流程及方法。
1. 编译RT内核
RT-patch
内核源码
给内核打补丁：
cd linux-4.19
patch -p1 < ../patch....
编译内核：
make menuconfig
General setup----Preemption ModelFully Preemptible Kernel(RT)
make
sudo make modules_install
sudo make install
sudo update-grub
出现的问题：
make modules_install 出错，提示如下：
/bin/sh:1:scripts/sign-file: Exec format error
解决方法：
在内核源码目录下执行 make scripts
KVM虚拟机容量不足：
#只能转换raw格式的，所以先将qcow2装换为raw
qemu-img convert -p -f vmdk -O qcow2 centos6.9.vmdk centos6.9.qcow2
上述命令中各参数对应的说明如下：
-p标识转换的进度条。
-f后面为源镜像格式。
-O（必须是大写）后面的参数为转换出来的镜像格式 + 源镜像文件名称 + 目标文件名称。
转换完成后，目标文件会出现在源镜像文件所在的目录下。
回显信息如下所示：
#查看原磁盘大小
qemu-img info kvm-win10_add.raw
#增加容量20G
qemu-img resize kvm-win10_add.raw +150G
2. Debian系统更换RT内核：
sudo apt-get update
apt-cache search linux-image
sudo apt-get install linux-image-xxxxx
3. Cyclictest测试实时性：
参考
原理：
在线程中，通过clock_gettime()函数获取当前时间，根据该时间算出下次间隔的时间，然后在下次循环中获取当前时间与计算出的时间作对比，差值就是延迟。
安装：
#安装
sudo apt-get install rt-tests
#使用
sudo cyclictest -t1 -p 80 -n -i 10000 -l 10000
指定参数含义：
-t: 创建线程的数目
-p: 最高优先级线程的优先级
-n: --nanosleep
-i: 基本线程间隔，默认1000us
-l: 循环的次数，默认为0，即无穷次
-m: 锁定当前和未来的内存分配
输出结果含义：
T: 0 序号为0的线程
P: 0 线程优先级为0
C: 9397 计数器。线程的时间间隔每达到一次，计数器加1
I: 1000 时间间隔为1000微秒(us)
Min: 最小延时(us)
Act: 最近一次的延时(us)
Avg：平均延时(us)
Max： 最大延时(us)
3.1 压力测试工具stress-ng的使用：
参考
安装：
sudo apt-get install stress stress-ng
使用：
#产生2个worker做圆周率算法压力
stress-ng -c 2 --cpu-method pi
#产生2个worker迭代使用30多种不同的压力算法
stress-ng -c 2 --cpu-method all
#读取TSC产生压力
stress-ng --tsc 2
- -c N ：运行N worker CPU压力测试进程
- –cpu-method all ：worker从迭代使用30多种不同的压力算法，包括pi, crc16, fft等等
- -tastset N：将压力加到指定核心上
- -d N：运行N worker HDD write/unlink测试
- -i N：运行N worker IO测试
3.2 实验设置：
我们实验采用主机+虚拟机的测试环境
注意：
- 有无负载指在VM中是否使用stress-ng工具为CPU加压
- RT-KVM指KVM运行的Host的系统采用打了Preempt-RT补丁的内核
- GP-KVM：Host采用一般内核
- RT-VM： Guest采用RT内核
- GP-VM：Guest采用GP内核
工具使用：
#stress-ng 产生5个worker线程，使用全部的算法为CPU加压
sudo stress-ng -c 5 --cpu-method all
#cyclictest 产生5个线程，优先级为80，采用clock_nanonsleep，运行10000次，线程间隔为默认1000us
sudo cyclictest -t5 -p80 -n -l10000
几组对照：
- 无负载 + RT-KVM + RT-VM
- 无负载 + RT-KVM + GP-VM
- 有负载 + RT-KVM + RT-VM
- 有负载 + RT-KVM + GP-VM
- 无负载 + GP-KVM + RT-VM
- 无负载 + GP-KVM + GP-VM
- 有负载 + GP-KVM + RT-VM
- 有负载 + GP-KVM + GP-VM
3.3 实验环境：
| Host（KVM） | Guest（VM） | |
|---|---|---|
| 系统： | Ubuntu | Debian |
| 内核版本： | 5.4.0 | 4.19.0 |
| 添加负载工具： | stress-ng | stress-ng |
| 延迟测试工具： | cyclictest | cyclictest |
3.4 实验结果：
无负载，kvm GP-Kernel， VM RT-Kernel：
有负载，kvm GP-Kernel， VM RT-Kernel：
无负载，kvm GP-Kernel， VM Non-RT-Kernel
有负载，kvm GP-Kernel， VM Non-RT-Kernel
无负载，kvm RT-Kernel， VM RT-Kernel
有负载，kvm RT-Kernel， VM RT-Kernel
无负载，kvm RT-Kernel， VM Non-RT-Kernel
有负载，kvm RT-Kernel， VM Non-RT-Kernel
结论：
- 有负载的情况下，RT_kernel的延迟< Non_RT_kernel
- 无负载的情况下，两者的延迟差不多
- 采用实时内核的KVM中VM的延迟< 没有采用实时内核的KVM中VM的延迟
3.5 使用Gnuplot结合cyclictest的结果绘图：
参考：
gnuplot的使用
cyclictest原理及使用
cyclictest的使用：
sudo cyclictest -t1 -p 80 -n -h 100 -q -i 10000 -l 10000 > /tmp/log
#-h 100 指只统计100us内的延迟发生的次数
#-q：不提示信息
结果：
000001 000000
000002 000000
000003 000000
000004 000000
000005 000000
000006 000000
000007 000000
000008 000002 表示延迟为8us的发生了2次
000009 000000
000010 000001
000011 000002
.........
gnuplot的使用：
#安装
sudo apt-get install gnuplot
#使用
gnuplot
#在打开的gnuplot的界面中绘图
plot "/tmp/log" with lines
#自动调整x,y轴的坐标
set logscale x
set logscale y
#退出
exit
结果如下图所：