linux提高线程实时性办法

    在实时系统中，线程的实时性是至关重要的。Linux作为一种开源系统，虽然无法像VxWorks、QNX等专用实时操作系统那样保证绝对的实时性，但是它提供了一些方法来提高线程的实时性。本文将介绍这些方法，并给出详细的步骤说明和具体案例。

    一、使用FIFO调度策略

    默认情况下，Linux使用CFS（完全公平调度器）作为调度策略。CFS可以很好地处理多个进程之间的竞争，但是对于实时任务来说可能会存在问题。因此，我们可以使用FIFO调度策略来提高线程的实时性。

    步骤：

    1.在创建线程时，使用pthread_attr_init()函数初始化属性对象；

    2.使用pthread_attr_setschedpolicy()函数设置调度策略为SCHED_FIFO；

    3.使用pthread_attr_setschedparam()函数设置优先级；

    4.使用pthread_create()函数创建线程。

    下面是一个具体案例：

    c

    #include<stdio.h>

    #include<stdlib.h>

    #include<pthread.h>

    #include<unistd.h>

    #defineNUM_THREADS2

    #defineTHREAD_1_PRIORITY10

    #defineTHREAD_2_PRIORITY20

    void*thread_function(void*arg);

    intmain(){

    intres;

    pthread_tthreads[NUM_THREADS];

    void*thread_result;

    inti;

    //初始化属性对象

    pthread_attr_tattr;

    res=pthread_attr_init(&attr);

    if(res!=0){

    perror("Attributeinitializationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //设置调度策略为SCHED_FIFO

    res=pthread_attr_setschedpolicy(&attr,SCHED_FIFO);

    if(res!=0){

    perror("Settingschedulingpolicyfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //设置优先级

    structsched_paramparams;

    params.sched_priority=THREAD_1_PRIORITY;

    res=pthread_attr_setschedparam(&attr,&params);

    if(res!=0){

    perror("Settingschedulingpriorityfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //创建线程1

    res=pthread_create(&threads[0],&attr,thread_function,(void*)1);

    if(res!=0){

    perror("Threadcreationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //设置优先级

    params.sched_priority=THREAD_2_PRIORITY;

    res=pthread_attr_setschedparam(&attr,&params);

    if(res!=0){

    perror("Settingschedulingpriorityfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //创建线程2

    res=pthread_create(&threads[1],&attr,thread_function,(void*)2);

    if(res!=0){

    perror("Threadcreationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //等待线程结束

    for(i=0;i<NUM_THREADS;i++){

    res=pthread_join(threads[i],&thread_result);

    if(res==0){

    printf("Thread%djoined\n",i);

    }else{

    perror("Threadjoinfailed");

    }

    }

    //销毁属性对象

    pthread_attr_destroy(&attr);

    return0;

    }

    void*thread_function(void*arg){

    intthread_num=(int)arg;

    structtimespect;

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&t);

    printf("Thread%dstartsat%ld.%09ld\n",thread_num,t.tv_sec,t.tv_nsec);

    inti,j;

    for(i=0;i<10000000;i++){

    for(j=0;j<10000;j++);

    }

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&t);

    printf("Thread%dendsat%ld.%09ld\n",thread_num,t.tv_sec,t.tv_nsec);

    }

    二、使用实时信号

    Linux提供了一些实时信号，可以用来提高线程的实时性。这些信号可以被用来通知线程发生了某个事件，从而使线程可以立即对事件做出反应。常用的实时信号包括SIGRTMIN和SIGRTMAX。

    步骤：

    1.安装信号处理程序；

    2.使用sigwaitinfo()函数等待信号；

    3.在处理程序中进行操作。

    下面是一个具体案例：

    c

    #include<stdio.h>

    #include<stdlib.h>

    #include<pthread.h>

    #include<unistd.h>

    #include<signal.h>

    void*thread_function(void*arg);

    volatilesig_atomic_tevent_flag=0;

    voidsignal_handler(intsig){

    event_flag=1;

    }

    intmain(){

    intres;

    pthread_tthread;

    void*thread_result;

    //安装信号处理程序

    structsigactionsa;

    sa.sa_handler=signal_handler;

    sigemptyset(&sa.sa_mask);

    sa.sa_flags=SA_RESTART;

    if(sigaction(SIGRTMIN,&sa,NULL)==-1){

    perror("Signalhandlerinstallationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //创建线程

    res=pthread_create(&thread,NULL,thread_function,NULL);

    if(res!=0){

    perror("Threadcreationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //等待线程结束

    res=pthread_join(thread,&thread_result);

    if(res==0){

    printf("Threadjoined\n");

    }else{

    perror("Threadjoinfailed");

    }

    return0;

    }

    void*thread_function(void*arg){

    inti,j;

    while(1){

    //等待信号

    siginfo_tsi;

    sigwaitinfo(&(sigset_t){SIGRTMIN},&si);

    //处理事件

    printf("Eventreceived\n");

    for(i=0;i<10000000;i++){

    for(j=0;j<10000;j++);

    }

    event_flag=0;

    }

    }

    三、使用高分辨率定时器

    Linux提供了高分辨率定时器（High-ResolutionTimer，HRT）来提高线程的实时性。HRT可以以微秒或纳秒级别提供定时器服务，可以用于实现实时任务的周期性执行。

    步骤：

    1.创建定时器；

    2.设置定时器参数；

    3.启动定时器；

    4.在处理程序中进行操作。

    下面是一个具体案例：

    c

    #include<stdio.h>

    #include<stdlib.h>

    #include<pthread.h>

    #include<unistd.h>

    #include<signal.h>

    #include<time.h>

    #defineINTERVAL_MS10

    void*thread_function(void*arg);

    volatilesig_atomic_tevent_flag=0;

    voidsignal_handler(intsig){

    event_flag=1;

    }

    intmain(){

    intres;

    pthread_tthread;

    void*thread_result;

    //安装信号处理程序

    structsigactionsa;

    sa.sa_handler=signal_handler;

    sigemptyset(&sa.sa_mask);

    sa.sa_flags=SA_RESTART;

    if(sigaction(SIGRTMIN,&sa,NULL)==-1){

    perror("Signalhandlerinstallationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //创建线程

    res=pthread_create(&thread,NULL,thread_function,NULL);

    if(res!=0){

    perror("Threadcreationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //等待线程结束

    res=pthread_join(thread,&thread_result);

    if(res==0){

    printf("Threadjoined\n");

    }else{

    perror("Threadjoinfailed");

    }

    return0;

    }

    void*thread_function(void*arg){

    inti,j;

    //创建定时器

    timer_ttimerid;

    structsigeventsev;

    sev.sigev_notify=SIGEV_SIGNAL;

    sev.sigev_signo=SIGRTMIN;

    sev.sigev_value.sival_ptr=&timerid;

    if(timer_create(CLOCK_MONOTONIC,&sev,&timerid)==-1){

    perror("Timercreationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //设置定时器参数

    structitimerspecits;

    its.it_interval.tv_sec=INTERVAL_MS/1000;

    its.it_interval.tv_nsec=(INTERVAL_MS%1000)*1000000;

    its.it_value.tv_sec=INTERVAL_MS/1000;

    its.it_value.tv_nsec=(INTERVAL_MS%1000)*1000000;

    if(timer_settime(timerid,0,&its,NULL)==-1){

    perror("Timersettingfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    while(1){

    //等待信号

    siginfo_tsi;

    sigwaitinfo(&(sigset_t){SIGRTMIN},&si);

    //处理事件

    printf("Eventreceived\n");

    for(i=0;i<10000000;i++){

    for(j=0;j<10000;j++);

    }

    event_flag=0;

    }

    }

    四、使用实时优先级调度器

    Linux提供了一个实时优先级调度器（Real-TimePriorityScheduler，RTPS），可以用来提高线程的实时性。使用RTPS可以确保高优先级任务能够在低优先级任务之前执行。

    步骤：

    1.在内核中启用RTPS；

    2.使用sched_setscheduler()函数设置调度策略为SCHED_RR；

    3.使用sched_setparam()函数设置优先级。

    下面是一个具体案例：

    c

    #include<stdio.h>

    #include<stdlib.h>

    #include<pthread.h>

    #include<unistd.h>

    #include<sched.h>

    #defineTHREAD_PRIORITY99

    void*thread_function(void*arg);

    intmain(){

    intres;

    pthread_tthread;

    void*thread_result;

    //在内核中启用RTPS

    system("echo1>/proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us");

    //创建线程

    res=pthread_create(&thread,NULL,thread_function,NULL);

    if(res!=0){

    perror("Threadcreationfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    //等待线程结束

    res=pthread_join(thread,&thread_result);

    if(res==0){

    printf("Threadjoined\n");

    }else{

    perror("Threadjoinfailed");

    }

    return0;

    }

    void*thread_function(void*arg){

    inti,j;

    //设置调度策略为SCHED_RR

    structsched_paramparams;

    params.sched_priority=THREAD_PRIORITY;

    if(sched_setscheduler(0,SCHED_RR,&params)==-1){

    perror("Settingschedulingpolicyfailed");

    exit(EXIT_FAILURE);

    }

    while(1){

    for(i=0;i<10000000;i++){

    for(j=0;j<10000;j++);

    }

    }

    }

    通过以上四种方法，可以显著提高线程的实时性，从而使程序能够以更快更稳定的速度运行。

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