博主最近想搞搞运动控制器的底层，已经到了走火入魔的地步。常规意义上来讲，Linux并不算是一个实时操作系统，仅仅能实现软实时，我们可以通过打补丁的方式来实现硬实时，常用的补丁有：RT Preempt、Xenomai等。本文考虑在Ubuntu系统上打RT Preempt实时补丁来提高实时性，通过此文记录整个过程。
“Controlling a laser with Linux is crazy, but everyone in this room is crazy in his own way. So if you want to use Linux to control an industrial welding laser, I have no problem with your using PREEMPT_RT.”—— Linus Torvalds
文章目录
0. 概述
博主测试环境
- VMware Workstation 15.0 Pro
- Ubuntu 16.04 LTS
准备工作
提前安装好编译内核所需要的模块，很多教程提到需要安装libncurses-dev，博主实践过程中发现源中并没有该包：
我们可以将能安装的完全安装，执行如下两条命令：
sudo apt-get install libncurses*
sudo apt-get install libssl-dev
整体步骤
- step1：确认系统内核版本
- step2：下载相对应的RT补丁，如果没有对应补丁，则下载一个可运行的内核版本和与之相对应的RT补丁
- step3：解压内核tar包和RT补丁包
- step4：打补丁
- step5：配置内核
- step6：编译内核
- step7：安装内核
- step8：更新GRUB启动并重启
- step9：查看内核版本以确定是否成功
- step10：测试实时内核
下面按以上叙述顺序进行记录
1. 查看系统的内核版本
uname -a
Ubuntu 16.04 LTS版本默认为4.15.0内核，默认最低内核版本为4.4.0，也可以降级为3. x但不建议这么搞
2. 下载对应的RT补丁
建议采用国内的源，博主使用的清华的源，发现没有与之对应的RT内核版本，因此博主选用了linux-4.4.206版本内核以及与之对应的RT补丁patch-4.4.206-rt190。
注意：内核版本与RT补丁版本必须匹配！！！
v4.x版本内核下载网址： https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v4.x
v4.x版本RT补丁下载网址： https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/projects/rt/4.4/
小技巧：在网页使用组合键Ctrl + F可以让你很快找到你想要的东西。
3. 解压内核、补丁包并打补丁
首先创建一个文件夹，名称无所谓，自定义即可，此处取名kernel
mkdir kernel
cd kernel
将下载好的linux-4.4.206.tar.gz和patch-4.4.206-rt190.patch.gz复制到该文件夹中，执行以下命令：
tar -xzvf linux-4.4.206.tar.gz
gunzip patch-4.4.206-rt190.patch.gz
将解压得到的patch-4.4.206-rt190.patch文件复制到内核解压文件夹linux-4.4.206中，执行以下命令：
patch -p1 < patch-4.4.206-rt190.patch
至此完成打补丁工作。
4. 配置内核
注意！！！在执行以下命令时，编译模块必须已经安装完毕，否则报错缺少文件！！！
在文件夹linux-4.4.206下打开终端，执行如下命令：
make menuconfig
出现如图所示界面：
注意：以下过程可能因内核版本不同而不同，需根据实际情况选择，其目的都相同，即选择RT模式和关闭内存溢出。
选中红框内容Processor type and features --->并按下Enter键：
通过↑、↓键选定Preemption Model (Voluntary Kernel Preemption (Desktop)) --->并按下Enter键：
通过↑、↓键选定( ) Fully Preemptible Kernel (RT)并按下Enter键：
主要配置已经做完了，接下来我们要关闭内存溢出检测，两次ESC键回到如下图界面，找到Kernel hacking选项并按下Enter键：
通过↑、↓键选定Memory Debugging并按下Enter键：
通过↑、↓键找到[ ] Check for stack overflows选项确认其处于未选中状态。（该选项默认为取消状态）
四次ESC键回到如下图界面，通过←、→键选中Save选项保存配置。
保存配置界面如下，Enter< OK >：
5. 编译内核
在kernel/linux-4.4.206文件夹下启动终端执行如下命令：
make -j4 # 此处的数字为处理器内核总数
# 使用该参数是为了提高编译速度
# 以下命令如出现此参数，同样是出于提高速度的目的
注意：此处的数字为处理器内核总数，由于博主虚拟机分配的是2个处理器，2内核/处理器，故此处数字为4。
- 关于加速编译可参考博文：https://blog.csdn.net/gonghuihuihui/article/details/79091762
接下来就是风扇狂啸的时刻！！！
过了20多分钟后发现。。。。。。
好吧，是我的锅，重新分配磁盘再来一次~
6. 安装内核
执行如下命令：
sudo make modules_install -j4
sudo make install -j4
7. 更新GRUB并重启
执行如下命令：
sudo update-grub
sudo reboot
重启后长按Shift (虚拟机需要，其他根据实际情况)选择Ubuntu 高级选项→Ubuntu,Linux 4.4.206-rt190
8. 测试实时内核
同样通过uname -a命令来查看内核版本：
接下来需要安装测试工具，通常采用开源的RT-tests来进行测试，执行如下命令：
sudo apt-get install rt-tests
对于RT-tests测试工具集的使用，运行其中的cyclictest：
sudo cyclictest -t 5 -p 80 -n #5个线程，线程优先级80，无限循环
图中运行结果解释：
- T: 0 序号为0的线程
- P: 0 线程优先级为0
- C: 9397 计数器。线程的时间间隔每达到一次，计数器加1
- I: 1000 时间间隔为1000微秒(us)
- Min: 最小延时(us)
- Act: 最近一次的延时(us)
- Avg：平均延时(us)
- Max： 最大延时(us)
对于非RT内核下的测试结果如下：
我们发现两者区别不大，有大佬说在虚拟机中效果一般，受主机限制太大，没有经过实际测试咱也不敢瞎说，实体机测试留坑待填！ 经过实际测试发现，在无干扰的情况下最近延迟确实要小一些，但并没有测试有干扰情况下的区别，测试图如下：
- 但实体机测试时出现一个新问题，rt内核版本无法联网，而正常版本可以，不清楚是电脑的问题(Y7000是存在安装完系统无法联网的问题的)还是普遍存在的问题。
- 其他版本系统的RT补丁安装与此类似，本文可做实践参考！
后记
在网上看到有网友说：
不太推荐在Linux下用硬实时,这伙本身就是为高并发而生的, 用了硬实时,严格时序后,本质上把装有Linux的嵌入设备变成了大号单片机,不太划算,而且服务端设备上,更不肯可能用这个,吞吐量会大幅下降, 而且异步无阻塞模式下,哪怕是抢占式任务管理, 也能最大限度发挥硬件性能,小设备应用,非要实时,还不如直接用单片机+裸机程序呢,不用考虑任务调度与管理
其实这位网友说的是有一定道理的，通常情况下实时系统都是在嵌入式设备上跑，是针对那种复杂算法且实时性要求较高的底层控制使用，如果单片机能实现，当然更好，毕竟实际工程要考虑成本嘛！
仅仅在计算机上学习一下实时操作系统，当然还是选择虚拟机，不要问我为什么，当你开不开机的时候你就知道了~
以上仅为博主个人观点，如果有误还请各路大神斧正。
关于RT-PREEMPT的使用，参见wiki.linuxfoundation.org
本文参考：
- https://blog.csdn.net/lsky380/article/details/90769058
- https://ubuntuforums.org/showthread.php?t=2273355
- https://www.linuxidc.com/Linux/2018-05/152270.htm
- https://blog.csdn.net/uanjj/article/details/88830668
- https://blog.csdn.net/dzhongjie/article/details/84869322
- https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page
- https://blog.csdn.net/21cnbao/article/details/8038279
- https://blog.csdn.net/v6543210/article/details/80941906#7.1%20ubuntu%20%E5%AE%89%E8%A3%85%E4%BD%8E%E5%BB%B6%E6%97%B6%E5%86%85%E6%A0%B8
