LinuxCNC késleltetési tesztek Intel D525MW alaplappal

Üdvözöllek kedves Látogató!

Az előző postban az RTLinux kernel sajátosságaival foglalkoztam, és ígértem, hogy valami közérthetőbb formában bemutatom a gyakorlatban mit is jelent mindez.

A teszt alanya egy Intel D525MW alaplap. Nagyon sokan dícsérik, nagyszerű kis cucc.

Amit érdemes tudni a "deszkáról" :

• Mini-ITX méretű alaplap (170mm X 170mm) 
• Passzív hűtés - nincs hangos, zörgő, beálló ventillátor
• Intel Atom 252 processzor
• Egy LPT port és egy PCI kártyahely - ideális kisebb LPT portos géphez, de akár a Mesa 5i25 kártyát is használhatjuk
• Egy rakat USB port, alaplapi VGA, max. 4GB RAM

A leendő vezérlés másik fontos eleme a Kingston 8GB SSD lemez:

Jelentősen gyorsabb mint a hagyományos merevlemezek, nincs mozgó alkatrész, kis helyen elfér és a kapacitása is bőven elég egy jó kis LinuxCNC rendszerhez.  A gyári CD-ről a már részletezett módon istalláltam az alaprendszert, majd volt egy uprade, egy két kisebb kényelmi dolog (Chromium böngésző, Midnight Commander) és még alig léptem túl a 4GB-t. 

Ezt a  konfigurációt a Pico PSU fogja teljessé tenni. A PC-s oldali konfiguráció így kis helyen elfér, üzembiztos és hatékony minden szempontból.

Akkor nézzük mit mutatnak sorban a késleltetési tesztek. Minden tesztet úgy futtattam, hogy ment egy Youtube-os (kötelezően CNC témájú) videó a Firefoxban, hasonlóan a Chromiumban is ment egy videó, a glxgears nyomta a 3D grafikát. Jelenleg 2GB RAM van az alaplapon.

Ahogy azt említettem, a Multithread (többszálú futtatás) funkcionalitást le kell tiltani a BIOS-ban a valós idejű feldolgozás érdekében. De azért nézzük mit mutat a teszt bekapcsolt Multithread mellett:

Természetesen itt még nincs dedikálva egyik processzornak a valós idejű feldolgozás (isolcpus=1 kernel paraméter jelentené azt). Amit érdemes megfigyelni: a Multithread miatt négy proci látszik, és nagyjából mindegyik hasonló leterheltséget mutat. Eddig ez nem annyira izgalmas, a lényeg inkább a késleltetési teszt eredménye:

a jitter 37,8 microszekundum. Ez nem olyan rossz, de jelentősen lehet rajta javítani.

Akövetkező eset, amikor nincs Multithread:

Érdekes, hogy a késleltetési teszt még rosszabb eredményt hozott. Itt már csak két CPU látszik, de még mindig nincsenek leválasztva a valós idejű folyamatok.

És most vessünk egy pillantást arra, amiért az egész kernel tuningra szükség volt:

Jitter: 6,7 és 8,2 mikroszekundum !!! Ez már úgy történt, hogy a boot folyamat elején a kernel az isolcpus=1 paramétert megkapta, így a legnagyobb számú processzor a valós idejű feladatokkal foglalkozik csak. Igaz a CPU1 ki van hajtva majdnem 100%-ra, de ettől nekünk a LinuxCNC vígan elmegy böngészés és minden más feladat mellett. 

A teljesség kedvéért legyen itt annak a tesztnek az eredménye, amikor bekapcsolt Multithread funkcionalitásnál lefoglaltam egy CPU-t a valós idejű feladatokra:

Jól látszik ismét, hogy négy CPU dolgozik, de ha egyik csak a valós idejű feladatokkal van lefoglalva, akkor a nagy pontosságot igénylő léptetési frekvenciát duplájára lehet felvinni.

Akit esetleg érdekel,  további teszteket itt lehet megtekinteni.

A végére még egy megjegyzés ami a kernel témaköréhez tartozik:

Nincs "gyári" 64 bites kernel a LinuxCNC-hez, nem is tervezik annak kiadását, ugyanis semmiféle haszonnal nem járna a CNC vezérlés szempontjából. Használd bátran a 32 bites verziót, egy megfelelő alaplappal és jó beállításokkal bőven elég.  

RTLinux - a valós idejű rendszermagról néhány szóban

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.

Léptessünk egyet: EMC2.5 upgrade

Aki a linuxcnc.org oldalon aktuálisan elérhető CD image-ből telepíti az EMC-t, annak a 2.4 verziójú EMC megy fel. Ez a stabil változat, sokat és sokak által tesztelve. Meglepetés itt nem lehet. De mi van, ha szeretnénk kipróbálni egy-két olyan funkciót, ami még csak a tesztelés alatt levő 2.5 verzióban elérhető? Pár sor begépelésével tudunk váltani ugyanis van egy-két érdekes újdonság, amiért ezt érdemes meglépni.

Bár a 2.5 verzió tesztelés alatt áll, stabilnak mondható. Ezt már lehet élesben használni, noha az új funkciókban még lehetnek kisebb hibák. 

A „master branch”-nak hívott verzió a 2.6, ez még erősen fejlesztés és tesztelés alatt van, csak azok használják, akik segíteni akarnak a tesztelésben, hibajavításban.

A tényleges verzióváltás előtt egy kis magyarázat vagy inkább nevezéktan, a mágikus verziószámok és nevek az Ubuntu környékén:

8.04 LTS Hardy Heron

10.04 LTS Lucid Lynx 

12.04 LTS Precise Pangolin 

Ezekből az látszik, hogy a verziószám a kiadás dátuma: 2010.04 a Lucid Lynx vagy röviden a Lucid esetén. Vannak még a köztes kiadások (pl. 10.10 Maverick Meerkat) de ezeket az EMC nem támogatja. Fel lehet tenni ezekre is az EMC-t, de ez csak haladóknak ajánlott.

Az LTS (Long Term Support) hosszútávú támogatás: asztali gépeknél 3, szervereknél 5 év. Az EMC csak az LTS verziókat támogatja, ami érthető is.

Saját rendszerünk verziójának megállapításához terminál ablakban írjuk be:

lsb_release –a

Ez azért kellett, hogy a megfelelő verzióhoz a megfelelő EMC csomagot tudjuk telepíteni. Továbbiakban feltételezzük, hogy a rendszeren Lucid (10.04) van. Terminál ablakban írjuk be:

sudo gedit /etc/apt/sources.list.d/emc2-buildbot.list

majd a megnyitott Gedit szövegszerkesztőbe írjuk be ezt a sort és mentsük el az eredményt:

deb http://buildbot.linuxcnc.org/ lucid v2.5_branch-rt

Mindez annyi tesz, hogy az Ubuntu szoftver tárolóinak listájához hozzáad egyet (buildbot.linuxcnc.org), ahonnan települni fog az EMC. A Lucid verzióhoz kérjük a telepítést és a „branch-rt” azt jelenti, hogy a valós idejű (real-time) EMC-t telepítünk. Létezik ugyanis egy szimulációs célra készült csomag is (branch-sim), ez akkor jó ha, az adott gépen csak tesztelni akarjuk az EMC-t, de a CNC masinához nem ez csatlakozik.

Szimulációs célokra ezt írjuk be a fenti sor helyett:

deb http://buildbot.linuxcnc.org/ lucid v2.5_branch-sim

Értelemszerűen a Hardy (8.04) rendszer esetén a "hardy" áll a "lucid" helyett.

Ennyi bevezető után már tényleg itt az ideje a lényegi munkának, frissítsük a szoftver tárolók listáját:

sudo apt-get update

És végül:

sudo apt-get install emc2

Vagy szimulációs csomag esetén:

sudo apt-get install emc2-sim

És amiért az egész hűhó volt (kattints rá a nagyobb képhez):

Eszterga esetén pedig így néz ki:

Fülek a grafikus ablak felett, itt  írhatjuk és tesztelhetjük a varázslószerű szubrutinokat, majd a végén a megfelelő sorrendben összefűzzük őket egy G kódú programba és indulhat is a gravírozás, marás. Emellett sok más apróság is van az új verzióban.

Így már megfelelően elő van készítve a terep az eszterga kontúr nagyoló és simító szubrutinokhoz, amire sokaknak fáj a foga. A következő részben ezzel kezdünk ismerkedni.

Magyar nyelvi kiegészítések telepítése Ubuntu-ra

 A menüből indítsuk a "Language Support" menüpontot.

 

Azt mondja, hogy a nyelvi támogatás még nincs telepítve. Nyomjuk meg az Install gombot.

Az Internetről letölti a telepítéshez szükséges csomagokat. Itt az ideje a 2. sörnek:)

Azt mondja az elérhető nyelvek listáját frissítette. Nyomjuk meg a Close gombot.

Jelöljük ki a magyart a listáról és nyomjuk meg az "Apply System-Wide" gombot. Tegyük ugyan ezt a Text fülön is.

Az X-el zárjuk be az ablakot és indítsuk újra a Linuxot.

Újraindítás után a rendszer szintű szövegek többsége már magyarul lesz.

Köszönet Snecinek a képekért és magyarázatokért! 

Folyt. köv.

EMC2 telepítés lépései

A  fájdalommentes EMC telepítést a következő lépéseknek kell megelőznie:

1. Töltsd le az aktuális telepítő CD anyagát a linuxcnc.org oldaláról: Itt indul a letöltés
2. Írd ki a letöltött ISO fájlt egy jó minőségű CD-re!
3. Bootolj be a frissen kiírt CD-ről!
4. Ha lehetséges adj neki egy kb. 10GB merevlemezt. Ha több nem baj, de nem szükséges!
5. Kövesd az alábbi lépéseket!

Az Ubuntu Live-CD a grafikus felület betöltésével indul

A nyelv kiválasztása után eldöntjük, hogy kipróbáljuk csak, vagy telepítjük egyből

Időzóna kiválasztása

Tesztelhetjük hogy a telepítő jól találta-e ki a billentyűzet kiosztását, ha nem akkor kísérletezzünk bátran

 

Ha az egész merevlemezt odaadjuk az Ubuntun-ak akkor ilyen egyszerű a dolgunk.

 

És már kész is a telepítés előkészítése, több kényes kérdés itt nem vár. Bátrabbakl nyugodtan nézzenek be a "Haladó..."  gomb mögé...

 Amit itt látunk a Linux particiója "ext4" típusú, míg a Windows-nál megszokott cserepartíció a "swap"

 Hátradőlünk és egy ital mellett megvárjuk a telepítés befejezését

Amikor kész a telepítés, természetesen újra kell indítani a gépet

Kiválasztjuk milyen felhasználói névvel akarunk belépni. Ezt a lépést majd ki lehet hagyni egy kis tuning után: a automatikus bejelentkezést is lehet csinálni, de vigyázzunk mert ilyenkor bárki elindíthatja a gépet

 

Ha gépünk csatlakozik az Internetre akkor rövidesen elindul a frissítés menedzser, illik elfogadni és frissíteni a javaslatait

És voilà, itt is van az EMC2... 

 

 

Mára ennyi ....folyt. köv.