41、实时编程技术解析

实时编程技术解析

1. 延迟类型及内核抢占

1.1 延迟类型

在实时编程中，有两种重要的延迟类型：
- 中断延迟 ：指从产生中断到中断服务程序（ISR）处理完中断并唤醒等待该事件的线程所花费的时间。它主要取决于ISR的编写方式，通常应该在微秒级别。
- 抢占延迟 ：从内核得知一个线程准备好运行到调度器实际运行该线程所经过的时间。这取决于内核是否可被抢占。如果内核正在执行临界区代码，重新调度就必须等待，延迟的长度取决于内核抢占的配置。

1.2 内核抢占设置

主线Linux内核有三种抢占设置，可通过“Kernel Features | Preemption Model”菜单选择：
| 选项 | 说明 | 特点 |
| ---- | ---- | ---- |
| CONFIG_PREEMPT_NONE | 无抢占 | 内核代码会持续运行，直到通过系统调用返回用户空间或遇到使当前线程休眠的等待。此选项能减少内核与用户空间的转换次数和上下文切换总数，从而实现最高吞吐量，但会导致较大的抢占延迟。适用于对吞吐量要求高于响应性的服务器和部分桌面内核。 |
| CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY | 启用额外的抢占请求检查 | 当 need_resched 标志被设置时会调用调度器，降低了最坏情况下的抢占延迟，但会使吞吐量略有下降。部分桌面发行版采用此选项。 |
| CONFIG_PREEMPT | 允许内核被抢占 | 只要内核不在原子上下文中执行，中断就可以立即触发重新调度。在典