如何建立一个简单的RT应用程序_rt进程创建-优快云博客

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POSIX API构成了在PREEMPT_RT下运行的实时应用程序的基础。对于实时线程，使用POSIX线程（pthread）。每个实时应用程序都需要在调度、优先级、内存锁定和堆栈预置等几个基本领域进行适当的处理。
基本先决条件
接下来的小节将介绍三个基本先决条件，然后是一个简短的例子来说明这些方面。

日程安排和优先级
调度策略和优先级必须由应用程序明确设置。这有两种可能性：
1.使用sched_setscheduler（）
在计算RT特定内容之前，需要在pthread的start例程中调用此函数。
2.使用pthread属性
函数pthread_attr_setchedpolicy（）和pthread_attr_setschedparam（）提供了设置策略和优先级的接口。此外，需要使用PTHREAD_attr_setinheriched（）将调度器继承正确设置为PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。这迫使新线程使用pthread属性指定的策略和优先级，而不使用

3. 创建实时线程的线程的继承调度。pthread条件变量的问题
依赖glibc的libpthread的多线程应用程序容易出现意外的延迟，因为其条件变量实现不支持优先级继承（bugzilla）。不幸的是，glibc的DNS解析器和异步I/O实现反过来又依赖于这些条件变量。librtpi是另一种LGPL许可的pthread实现，它支持优先级继承，其API尽可能接近glibc。另一种MUSL libc具有类似于glibc的pthread条件变量实现。

内存锁定
看这里
RT线程堆栈
看这里
功能：以非root用户身份以RT优先级运行应用程序
一些Pthread API，如mlockall（）、Pthread_attr_setchedpolicy（），默认情况下和约定需要root才能成功完成工作。因此，需要设置RT调度策略和优先级的RT应用程序通常通过sudo运行。

有一个更好的方法；sudo赋予进程root权限。这引起了黑客的兴趣：-）。相反，您应该利用强大的POSIX能力模型！这样，进程（和线程）只获得它们所需的功能，仅此而已。这遵循了infosec的最佳实践，即最小特权原则。
默认情况下，应用程序一开始就没有功能；还要注意，功能是每个线程的资源（本质上转换为任务结构的位掩码，当然是每个线程）。在各种能力位中，能力手册页（7）显示CAP_SYS_NICE是在这种情况下使用的适当能力；功能（7）手册页中的一段代码揭示了这一点：

…CAP_SYS_NICE
降低进程nice值（nice（2），setpriority（2）），并更改任意进程的nice值；
为调用进程设置实时调度策略，并为任意进程设置调度策略和优先级（sched_setscheduler（2）、sched_setparam（2）和sched_setattr（2））；
为任意进程设置CPU亲和性（sched_setaffinity（2））；
为任意进程设置I/O调度类和优先级（ioprio_set（2））；
将migrate_pages（2）应用于任意进程，并允许进程迁移到任意节点；
将move_pages（2）应用于任意进程；
将MPOL_MF_MODE_ALL标志与mbind（2）和MOVE_pages（2）一起使用…

好的，太好了，但如何在应用程序上设置这个功能位呢？
一种方法是通过capget（）/capset（）系统调用以编程方式进行。（请注意，使用libcap库包装器cap_[g|s]et-proc（3）通常更容易：https://man7.org/linux/man-pages/man3/cap_get_proc.3.html.本手册页甚至提供了这样做的一个小例子）。
另一种简单的方法是利用systemd并将应用程序作为服务运行；在服务单元中，指定功能（请参阅systemd.exec（5）上的手册页；https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/systemd.exec.html#Capabilities.
也许最简单的方法是：通过setcap（8）实用程序（它的手册页：https://man7.org/linux/man-pages/man8/setcap.8.html). setcap/getcap通常是libcap包的一部分。例如：
sudo setcap CAP_SYS_NICE+eip<您的应用程序二进制可执行文件>

您可以将此行放入应用程序Makefile（或等效文件）中。（getcap（8）实用程序可用于验证“哑功能”二进制文件现在是否已设置CAP_SYS_NICE位）！
现在，您已经准备好以非root身份运行它，这是一种更安全的方法。

这是一个POSIX实时（Real-Time）线程的示例程序，使用单个POSIX线程 (pthread) 作为实时线程。该程序实现了一个基本的实时线程创建和管理，利用了POSIX线程库和相关的调度策略。下面是对该程序的逐句讲解：

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/* * POSIX Real Time Example * using a single pthread as RT thread */

这是程序的注释，表明它是一个POSIX实时线程的示例程序，使用一个pthread作为实时线程。

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#include <limits.h> #include <pthread.h> #include <sched.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/mman.h>

包含了一些头文件：
- limits.h：定义了系统范围的限制和常量。
- pthread.h：提供了POSIX线程的API。
- sched.h：用于线程调度相关的定义（例如调度策略）。
- stdio.h：用于标准输入输出。
- stdlib.h：提供了常用的库函数（如 exit()）。
- sys/mman.h：用于内存管理（如 mlockall()）。

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void *thread_func(void *data) { /* Do RT specific stuff here */ return NULL; }

这是线程函数 thread_func，在创建线程后执行的代码。它在当前版本中没有实际功能，只是简单地返回 NULL。用户可以在注释标注的地方插入实时（RT）相关的操作。

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int main(int argc, char* argv[]) { struct sched_param param; pthread_attr_t attr; pthread_t thread; int ret;

进入 main() 函数：
- sched_param param：用于存储线程调度参数（例如优先级）。
- pthread_attr_t attr：线程属性对象，用于设置线程的各种属性。
- pthread_t thread：线程ID。
- int ret：用于存储函数调用的返回值。

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/* Lock memory */ if(mlockall(MCL_CURRENT|MCL_FUTURE) == -1) { printf("mlockall failed: %m\n"); exit(-2); }

使用 mlockall() 锁定进程的地址空间，防止其被交换到磁盘上。MCL_CURRENT|MCL_FUTURE 标志表示当前和将来的内存分配都要锁定。
如果锁定失败，打印错误信息并退出程序，返回 -2。

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/* Initialize pthread attributes (default values) */ ret = pthread_attr_init(&attr); if (ret) { printf("init pthread attributes failed\n"); goto out; }

调用 pthread_attr_init() 初始化线程属性对象 attr，为后续设置调度策略和优先级做准备。如果失败，打印错误信息并跳转到 out 标签结束程序。

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/* Set a specific stack size */ ret = pthread_attr_setstacksize(&attr, PTHREAD_STACK_MIN); if (ret) { printf("pthread setstacksize failed\n"); goto out; }

调用 pthread_attr_setstacksize() 设置线程的栈大小为最小值 PTHREAD_STACK_MIN。如果设置失败，打印错误并跳转到 out 标签。

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/* Set scheduler policy and priority of pthread */ ret = pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_FIFO); if (ret) { printf("pthread setschedpolicy failed\n"); goto out; }

使用 pthread_attr_setschedpolicy() 设置线程的调度策略为 SCHED_FIFO，这是实时调度的一种策略，表示先进先出。若失败，打印错误并跳转到 out。

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param.sched_priority = 80; ret = pthread_attr_setschedparam(&attr, &param); if (ret) { printf("pthread setschedparam failed\n"); goto out; }

设置线程的优先级为 80，并使用 pthread_attr_setschedparam() 应用该优先级。若失败，打印错误并跳转到 out。

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/* Use scheduling parameters of attr */ ret = pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED); if (ret) { printf("pthread setinheritsched failed\n"); goto out; }

使用 pthread_attr_setinheritsched() 设置线程继承调度策略，PTHREAD_EXPLICIT_SCHED 表示显式使用当前设置的调度策略。若失败，打印错误并跳转到 out。

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/* Create a pthread with specified attributes */ ret = pthread_create(&thread, &attr, thread_func, NULL); if (ret) { printf("create pthread failed\n"); goto out; }

使用 pthread_create() 创建线程，指定 attr 属性，并执行 thread_func。若线程创建失败，打印错误并跳转到 out。

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/* Join the thread and wait until it is done */ ret = pthread_join(thread, NULL); if (ret) printf("join pthread failed: %m\n");

使用 pthread_join() 等待线程 thread 结束。若失败，打印错误信息。

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out: return ret; }

程序结束，返回值为 ret。

源代码：

/*                                                                  
 * POSIX Real Time Example
 * using a single pthread as RT thread
 */
 
#include <limits.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
 
void *thread_func(void *data)
{
        /* Do RT specific stuff here */
        return NULL;
}
 
int main(int argc, char* argv[])
{
        struct sched_param param;
        pthread_attr_t attr;
        pthread_t thread;
        int ret;
 
        /* Lock memory */
        if(mlockall(MCL_CURRENT|MCL_FUTURE) == -1) {
                printf("mlockall failed: %m\n");
                exit(-2);
        }
 
        /* Initialize pthread attributes (default values) */
        ret = pthread_attr_init(&attr);
        if (ret) {
                printf("init pthread attributes failed\n");
                goto out;
        }
 
        /* Set a specific stack size  */
        ret = pthread_attr_setstacksize(&attr, PTHREAD_STACK_MIN);
        if (ret) {
            printf("pthread setstacksize failed\n");
            goto out;
        }
 
        /* Set scheduler policy and priority of pthread */
        ret = pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_FIFO);
        if (ret) {
                printf("pthread setschedpolicy failed\n");
                goto out;
        }
        param.sched_priority = 80;
        ret = pthread_attr_setschedparam(&attr, &param);
        if (ret) {
                printf("pthread setschedparam failed\n");
                goto out;
        }
        /* Use scheduling parameters of attr */
        ret = pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);
        if (ret) {
                printf("pthread setinheritsched failed\n");
                goto out;
        }
 
        /* Create a pthread with specified attributes */
        ret = pthread_create(&thread, &attr, thread_func, NULL);
        if (ret) {
                printf("create pthread failed\n");
                goto out;
        }
 
        /* Join the thread and wait until it is done */
        ret = pthread_join(thread, NULL);
        if (ret)
                printf("join pthread failed: %m\n");
 
out:
        return ret;
}