47、Linux实时性能优化与延迟追踪工具解析

Linux实时性能优化与延迟追踪工具解析

1. 高分辨率定时器与动态节拍

在Linux系统中，高分辨率定时器（hrtimer）的引入带来了显著的性能提升。当定时器到期，时钟源向CPU发送中断时，hrtimer中断处理程序会处理该事件。随后，系统会在红黑树中查询下一个事件，并将时钟源设置为在下一个所需事件时触发。

这种机制使得jiffies不再需要持续计数，为系统的进一步优化奠定了基础。一旦hrtimer消除了仅为更新jiffy变量而触发定时器中断的需求，内核开发者就能消除系统空闲时不必要的中断开销。这在嵌入式领域尤为重要，因为消除空闲系统的中断可以让CPU进入更好的节能状态，从而延长设备的电池续航时间。

动态节拍（Dynamic ticks）功能进一步优化了定时器的使用。启用动态节拍后，定时器中断仅在需要时触发。不过，为了避免底层时钟源计数器溢出，定时器中断的触发频率至少应为计数器溢出时间的一半。同时，定时器会更新一个单独的单调变量来跟踪系统时间。

当系统空闲时，即使有多个jiffies过去，也不会对系统造成影响。动态节拍代码会记录这段时间，并相应地更新jiffies，使其值与按常规中断频率运行时的结果一致。而当系统忙碌时，定时器中断会按每个jiffy触发一次，因为jiffy变量用于非实时任务的调度统计。

目前，并非所有的高分辨率定时器和动态节拍功能都已集成到主线内核中，部分架构尚未采用这些特性。但RT补丁成为了这些新特性的开发试验场，预计不久后将被纳入主线Linux。

2. 延迟追踪器（Latency Tracer）

RT补丁附带了一个名为延迟追踪器的功能，它可以帮助开发者找出内核中存在较大延迟