嵌入式Linux實時性改造：PREEMPT_RT補丁與Xenomai雙核方案的性能對比
時間：2025-04-27 來源：華清遠見
1.嵌入式Linux實時性是指什么
Linux的實時性指的是Linux系統能夠在限定的時間內對外部時間做出相應的特性。
Linux可以通過任務調度與相應時間，中斷延遲與搶占延遲，內核可搶占性與實時補丁，實時調度策略，硬件支持來提高其實時性，但它本身并不是一個硬實時操作系統。Linux是一個通用操作系統(GPOS),設計用于支持廣泛的應用程序而不是特定的實時需求。因此，在某些嚴格的實時應用中，Linux可能仍然存在局限性。故本篇文章對比其中兩種方案PREEMPT_RT補丁和Xenomai雙核方案實現提高實時性。
2.PREEMPT_RT補丁是什么
PREEMPT_RT，全稱“Fully Preemptible Kernel”（完全可搶占內核），是一個實時搶占補丁，目的是將Linux內核轉變為一個完全可搶占的實時操作系統。它通過減少延遲和提高確定性來改善系統的實時響應能力。
3.Xenomai雙核方案是什么
Xenomai是在Linux內核外增加獨立的微內核的雙內核方案，它基于Adeos（Adaptive Domain Environment for Operating Systems）實現雙內核機制。在雙內核技術下，存在一個支持強實時的微內核，它與Linux內核共同運行于硬件平臺上。實時內核的優先級高于Linux內核，負責處理系統的實時任務，而Linux則負責處理非實時任務。只有當實時內核不再有實時任務需要處理的時候，Linux內核才能得到運行的機會。
4.兩個的性能對比
4.1實時性：
PREEMPT_RT：提供了較好的軟實時性能，通過減少內核對任務執行的干擾，提供可預測的實時性能。然而，在硬實時性方面可能有所欠缺。
Xenomai：提供了硬件層和用戶層的強實時性，用戶層實時程序的周期可輕易設定到微秒級，通常被認為在實時性能方面優于PREEMPT_RT。
延遲：
PREEMPT_RT：能夠顯著減少最壞情況下的延遲，但具體延遲表現取決于系統配置和應用場景。
Xenomai：通過雙內核機制和優先級調度，能夠提供更低的延遲，特別是在處理高頻實時任務時表現優異。
可預測性：
PREEMPT_RT：增強了Linux內核的可預測性，使得實時任務能夠更可靠地按時完成。
Xenomai：由于其獨立的實時內核和優先級調度機制，提供了更高的可預測性，適用于對實時性要求極高的應用場景。
兼容性與移植性：
PREEMPT_RT：與標準Linux內核兼容性較好，對現有應用的影響較小，易于安裝和配置。
Xenomai：雖然提供了豐富的API和編程模型，但安裝和配置相對復雜，需要對系統有深入了解。同時，對硬件支持依賴較大，不同硬件平臺的支持程度不同。
資源占用：
PREEMPT_RT：對系統的修改程度相對較小，資源占用相對較低。
Xenomai：由于引入了額外的實時內核和API層，可能會增加系統的資源占用。
