A valós idejű rendszermag szükségességének megértéséhez meg kell vizsgálni, hogyan működik az általános linux rendszermag (kernel). A Linux rendszermag szétválasztja a hardvert a felhasználói szintű feladatatoktól. A rendszermag időzítő algoritmusokat ún. ütemezőket használ és minden elvégzendő feladathoz hozzárendel egy prioritást úgy, hogy a lehető legjobb átlagos teljesítményt és áteresztőképességet biztosítsa. Tehát a kernel fel tudja függeszteni bármely felhasználói feladat végrehajtását amennyiben az kifut a rá kimért időszeletből. Az ütemezők, az eszközmeghajtók, a nem megszakítható rendszerhívások, a megszakítások letiltása és a virtuális memória használata a kiszámíthatatlanság forrásai. Ezen okok miatt nem hajtódhatnak végre a valós idejű feladatok akadályok nélkül.
Nagyon egyszerű példát használva, ha egy MP3 fájl lejátszása történik és elfogy a feladatra kirótt időszelet, akkor a kernel felfüggeszti a lejátszást és átadja a CPU-t a soron következő feladatra, például a böngészőnek vagy a grafikai megjelenítésnek. Ekkor a lejátszás folytonossága megakad, mert az ütemező megpróbállja igazságosan elosztani a rendelkezésre álló erőforrást.
A valós idejű kernelnek garantálnia kell az alatta futó folyamatok időzítési követelményeit. Ezt úgy valósítja meg, hogy eltávolítja a fent említett kiszámíthatatlansági tényezőket. Úgy is felfoghatjuk a valós idejű Linux kernelt, mint ami a hardver és az általános Linux kernel között foglal helyet. A Linux kernel úgy látja a valós idejű szintet mint a hardvert. A felhasználó most már hozzárendelhet minden feladathoz külön-külön prioritást saját igényei szerint, elérheti a folyamatok megfelelő időzítését az ütemező, a prioritások, a végrehajtás gyakorisága és más tényezők figyelembevételével.
A valós idejű rendszermag a legksiebb prioritást rendeli az általános Linux kernelhez, a felhasználói szintű folyamatok pedig valós időben kerülnek végrehajtásra.
A valós idejű végrehajtás a hardver megszakítások eltérítésével oldható meg. Csak a valós idejű kernel megszakításai kerülnek feldolgozásra, minden más megszakítást visszatart a rendszer és mint szoftveres megszakítást továbbad az általános Linux kernelnek amikor a valós idejű kernel éppen szabad, így az, ebben a szabad időben feldolgozhatja a megszakítást.
A valós idejű feladatok privilegizáltak, azaz közvetlenül hozzáférnek a hardverhez, és emellett nem használnak virtuális memóriát. Ezek a valós idejű feladatok Linux modulként kerülnek megírásra és dinamikusan töltődnek be a memóriába.
A valós idejű Linux kernel együtt él az általános Linux kernellel, azt érintetlenül hagyva. Viszonylag egyszerű módosításokkal megoldott, hogy a meglévő Linux rendszermag valós idejűvé válik, nem befolyásolva a Linux további fejlesztését.
Érdemes megjegyezni, hogy egy nagyszerű magyar programozó, Molnár Ingó nevéhz fűződik a Linux ütemezőjének továbbfejlesztése, munkája nagyon nagy mértékben hozzájárult a valós idejű ütemező jelenlegi képességeihez.
A fentiek csak egy rövid betekintést nyújtanak a valós idejű rendszermag filozófiájába, valószínű, hogy ennyi elégséges a hétköznapi LinuxCNC felhasználónak.
A gyakorlatban a legtöbb esetben az alábbi beállításokat érdemes megtenni:
A) A hyperthreading (többszálú végrahajtás) opciót a BIOS-ban ki kell kapcsolni, ezzel javulhat a rendszer válaszideje, csökkenhet a késleltetési idő (latency time)
B) A valós idejű kernel inításakor az "isolcpus=1" opciót kell megadni. Ezzel a valós idejű feladatokra dedikáltan hozzárendeljük a legnagyobb sorszámú processzort (a sorszámozás 0-tól kezdődik), jelentősen javítva a rendszer válaszidején
Ennek a lépései a következőek:
Sajnos nincs egyszerű és minden Linux verzióra működő megoldás, mert a bootloader-től és annak verzójától is függ a dolog. Ami itt leírásra kerül az A GRUB2-re érvényes (a 10.04-es Ubuntu-ban ez van):
Nyissuk meg a /etc/default/grub fájlt:
sudo gedit /etc/default/grub
keressük meg a sort ami tartalmazza ezt:
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT
Nálam ez így nézett ki:
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash"
és írjuk át erre:
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash isolcpus=1"
Mentsük el és olvastassuk fel a GRUB-bal a változást:
sudo update-grub
Bootoljunk újra és teszteljük a rendszert!
A késleltetési teszt futtatásakor indítsuk el a böngészőt és nézzünk rajta egy videót, futtassunk parancssorból a "glxgears" programot és egyáltalán nyúzzuk a gépet, legalább 15 percig.
A Linux CNC-t (régi nevén EMC vagy EMC2) _NE_ futtassuk a teszt alatt!!!
Rövidesen teszek fel teszteket képernyőképekkel, hogy ne legyen ennyire száraz a téma.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése