Utilizarea unui kernel RT (latență scăzută)

Miguel Mayol, un mare adept și comentator al acestui blog, a recomandat un articol publicat în hispasonic despre utilizarea nucleelor ​​RT, pe care am decis să le publicăm și să le extindem în unele dintre părțile sale. L RT miezuri permite a performanța optima în unele situații particulareDe exemplu, editarea audio sau utilizarea instrumentelor muzicale virtuale.

Kernel multitasking

Kernel-ul Linux, la fel ca cel al majorității sistemelor de operare moderne, este multitasking. Aceasta înseamnă că mai multe programe rulează în același timp.

În realitate, nu este exact așa. Ceea ce faceți este să puneți programele într-o coadă și, unul câte unul, microprocesorul le execută pentru o anumită perioadă de timp. Odată ce acest lucru este epuizat, microprocesorul întrerupe sarcina, lăsând-o la jumătatea drumului și cedează loc următoarei. Această cantitate de timp se numește cuantică sau felie de timp și nu trebuie să fie constantă.

O bună analogie ar putea fi bucătarul dintr-un bar care pregătește mai multe feluri de mâncare în același timp: un sandviș de cozonac, un sandviș de tripă, o salată mixtă ... Acum rup pâinea, deschid tigaia, în timp ce se încălzește spăl salata etc.

Dacă cuantica este suficient de mică, impresia subiectivă pentru un observator lent, cum ar fi ființa umană, este că, în loc de un procesor rapid care execută sarcini alternativ, avem un procesor lent pentru fiecare dintre ele (mai mulți bucătari din aceeași bucătărie fac încet fiecare o singură farfurie).

Comutarea sarcinilor are un cost

Multitasking-ul nu este gratuit: implică procesor peste cap. Într-adevăr, evacuarea unei sarcini și încărcarea următoarei este o muncă suplimentară. Această operațiune se numește „comutare de context” sau „comutare de sarcini”. Ar fi mai rentabil în ceea ce privește procesorul să ruleze complet programele, unul câte unul, decât să le tăiem în „felii” și să saltăm de la unul la altul. Cu toate acestea, sistemul ar pierde din interactivitate, nu am putea avea mai multe ferestre deschise sau, în cazul unui server, să asistăm simultan la mai multe cereri.

Latență și performanță

Să presupunem că bucătarul nostru trebuie să decojească 20 de kilograme de creveți și să scoată 20 de kilograme de măsline. Cum este planificată lucrarea?

Într-un caz extrem, el mai întâi curăța toți creveții, se spăla pe mâini pentru a evita amestecarea aromelor și apoi scotea toate măslinele. O vom reprezenta astfel:

GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG… C AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA ...

La extrema opusă, el coaja o creveță, se spăla pe mâini, scufunda o măslină, se spăla pe mâini ... creveți, măsline, creveți, măsline ... O vom reprezenta astfel:

GCACGCACGCACGCACGCACGCACGCACGCACGCACGCACGCACGCACGCACGCACGCAC ...

„C” reprezintă schimbarea în context: spălați-vă pe mâini, schimbați ustensilele ...

În același timp, un chelner strânge cererile clienților: „una cu creveți!” ... „una cu măsline!” ... și le transferă în bucătărie.

În primul caz, să presupunem că un client intră și cere o porție de creveți. Nicio problemă, se servește imediat. Dar dacă îi cere măsline? Chelnerul nu l-a putut servi până nu s-au curățat toți creveții. În acest caz, latența, care este timpul care trece de la momentul în care se face o cerere până la răspuns, va fi foarte mare.

În cel de-al doilea caz, indiferent de cererea clientului, acesta va fi disponibil în scurt timp, practic la fel și în ambele cazuri. Latența va fi scăzută, dar la un cost: datorită modificărilor de context, va exista o scădere a performanței, înțeleasă ca partea de timp în care CPU face sarcini direct productive, în loc de sarcini de suport.

Evident, în acest caz, soluția ideală ar fi o cale de mijloc, care ar depinde de mărimea rațiilor și de distribuția statistică a cererilor. Teoria cozilor este ramura matematicii care este responsabilă de studierea acestor situații și de a le oferi soluții optime.

După cum puteți vedea, latența și performanța sunt opuse. Din acest motiv, nu este corect să spunem că nucleele rt oferă mai multă performanță. Dimpotrivă, scăderea latenței reduce performanța mașinii și, prin urmare, este o alegere slabă pentru sistemele care nu necesită răspunsuri foarte rapide, cum ar fi servere web sau baze de date.

Dimpotrivă, nucleele cu latență scăzută sunt ideale în situațiile în care este necesară viteza maximă de răspuns la stimulii externi, cum ar fi sistemele de control industrial sau aplicațiile multimedia interactive, știind că sacrificăm o parte din puterea mașinii pentru a garanta că reacție rapidă.

Priorități

O opțiune interesantă în sistemele multitasking este de a acorda priorități diferite sarcinilor, în așa fel încât cele mai importante primesc mai mult timp de la procesor și cele mai puțin importante mai puțin. Într-un nucleu normal, acest lucru se face cu comanda „frumos”. Dacă bucătarul nostru se așteaptă să servească mai multe porții de creveți decât măsline, ar face bine să dedice mai mult timp primelor, desigur.

Kernel RT (sau latență scăzută)

Problema cu nucleele normale este că sarcinile nu pot fi întrerupte nicăieri, trebuie să așteptați ca acestea să ajungă la anumite puncte de execuție unde pot fi oprite pentru a trece la altul. Aceasta introduce ceea ce numim latență.

Pentru a o pune într-un mod simplificat, nucleele RT permit întreruperea sarcinilor în mai multe locuri decât nucleele normale. Pot face, ca să spunem așa, felii de timp mai subțiri, astfel încât sarcina actuală va fi evacuată mai repede și sarcina noastră prioritară va putea accesa CPU mai devreme. Prin urmare, latența va fi mai mică.

Să spunem că un sâmbure RT ne permite să lăsăm un creveț pe jumătate decojit dacă ceea ce este necesar în acel moment este să punem o măslină cât mai curând posibil, în timp ce într-un sâmbure normal ar fi necesar să terminăm decojirea creveților.

În plus față de a face felii mai subțiri, nucleele RT au un sistem de priorități mult mai strict, în care sarcinile prioritare se toacă fără milă (prevenind) pentru a obține controlul procesorului, încetinind alte programe, orice este necesar pentru să vă îndeplinească cerințele.

Când este important să folosiți un kernel RT?

În două cazuri:

1) Când avem nevoie de latențe foarte mici, adică reacții foarte rapide ale mașinii. Cel mai clar exemplu este performanța instrumentelor virtuale, unde aveți nevoie ca instrumentul să sune imediat atunci când apăsați o tastă de pe o tastatură MIDI.

2) Când avem nevoie de priorități foarte stricte, adică sarcina noastră cu prioritate ridicată nu este întreruptă de nimic în lume (cu excepția cazului în care catastrofala este că CPU este atât de supraîncărcat încât depășește 100% de utilizare). De exemplu, înregistrăm o sesiune audio cu Ardor și urmărim indicatorii fader în sus și în jos. Nu contează dacă pierdem un cadru de reîmprospătare a faderelor atâta timp cât transportul sunetului de la microfon la hard disk nu este întrerupt. Un kernel RT va încetini reîmprospătarea faderului atâta timp cât este necesar, atât timp cât nu se pierde niciun eșantion de sunet.

Acestea fiind spuse, în general, noile nuclee non-RT și-au îmbunătățit considerabil planificarea sarcinilor și gestionarea priorităților. Dacă nu aveți CPU la limita posibilităților sale (să spuneți sub 50% de utilizare) sau dacă nu vă deranjează că din când în când există un mic micro cut (faceți clic) în sunet (mult temutele xruns), un nucleu normal oferă performanțe perfect acceptabile.

Ce latență este recomandată?

Personal, orice sub 10 ms este bine pentru mine și de la 20 ms încep deja să observ clar întârzierea. Sunt oameni mai pretențioși.

Instalare

Pe Ubuntu și derivate:

sudo apt-get install linux-headers-lowlatency
sudo apt-get install linux-lowlatency
sudo update-grub

La pornire veți avea ambele opțiuni (nucleul normal și cel cu latență scăzută).

În Arch și derivate:

yaourt -S linux-rt
sudo update-grub

Fuente: hispasonic