RealTime вычисления на Ubuntu 14.04

[Eduard86]

Здравствуйте, коллеги. Есть задача, где нужно иметь гарантированное время выполнения кода, например, вычислять число Pi c точностью до десятого знака за всегда одинаковое количество микросекунд/тактов процессора (на эту задержку будет ориентироваться внешняя система). Для решения этой задачи я поставил rt-ядра (3.14.23-rt20 и 3.12.31-rt45), но никакого качественного эффекта по сравнению с generic (3.19 и 3.16) не получил. Немного изменились диаграммы тестов. От администрирования промышленных систем я далек, поэтому есть ощущение что я упускаю что-то принципиальное и вцелом задача решаема, просто я не знаю как. Подскажите куда двигаться. Система x64 на базе Intel Core 2 Quad. Идея такая чтобы выделить потоку, который производит RT-вычисления, одно ядро в монопольное пользование, а остальной ресурс использовать на усмотрение системы. Возможно такое реализовать?

[shura1]

Вроде так. COMMAND должна будет выполняться с максимальным приоритетом и в realtime режиме

Код: [Выделить]

chrt -f -p 99 COMMANDВот здесь, допустим, можно почитать. Ну и man chrt.
Запускать процесс надо от root-a, обычный пользователь не может запускать realtime-процессы (можно разрешить пользователям или группе - в /etc/security/limits.conf)

[Eduard86]

применял эту команду, top показывает приоритет процесса rt, и действительно, стандартное отклонение задержки становится несколько лучше, становится меньшей зависимость от общей нагрузки системы. Проблема в том, что это не решает задачу жестко, то есть, я все равно имею некоторую погрешность latency.

[shura1]

Можно попробовать на разных ядрах linux-lowlantency-lts-* (trusty, vivid, wily).

[Karl500]

Если цель - точно (естественно, с какой-то погрешностью) отмерить время, то для этого существуют таймеры. Если цель - при вычислении заведомо уложиться в заданное время, то общее направление верное: увеличить приоритет задачи до максимума, закрыть все необязательные процессы, отключить (физически) все ненужные внешние устройства.
Т.е., резюмируя - само вычисление идет всегда за одно и то же количество тактов процессора, но разное количество микросекунд. И с этим ничего не поделать: система постоянно отвлекается на обработку прерываний.

[Eduard86]

Не тестировал на работе с сетью, но задержки в приложении на ядрах rt и lowlatency идентичны. Самое забавное, что в Виндовс среде на коротком временном интервале (<0,1 мс) выполнение кода занимает гарантировано одинаковое время, но редкие огронмные выносы делают стандартное отклонение latency больше чем под Ubuntu. В Ubuntu наоборот на длительном интервале время выполнения более менее устойчиво, но локально постоянно гуляет (ровной линии как под виндовс нет).
Пользователь решил продолжить мысль 15 Декабря 2015, 10:22:29:

Если цель - точно (естественно, с какой-то погрешностью) отмерить время, то для этого существуют таймеры. Если цель - при вычислении заведомо уложиться в заданное время, то общее направление верное: увеличить приоритет задачи до максимума, закрыть все необязательные процессы, отключить (физически) все ненужные внешние устройства.
Т.е., резюмируя - само вычисление идет всегда за одно и то же количество тактов процессора, но разное количество микросекунд. И с этим ничего не поделать: система постоянно отвлекается на обработку прерываний.

Кванты времени измеряю при помощи данных с процессора (счетчик тиков возвращает функция ассемблера) поэтому погрешность измерения практически нулевая. Действительно, вся задержка возникаект изза наличия прерываний и она рисует разную диаграмму на разных ядрах и разных ОС. Можно это как то исключить технологически? Например, выделить потоку ядро и вообще не вмешиваться в его работу. Есть какое-то радикальное решение или нет ничего лучше чем вручную убивать конкурирующие процессы и отключать оборудование?

[Karl500]

В Вашей постановке задача на обычной ОС не решается. Да и на любой ОС (в том числе и ОС реального времени) такое абсолютно точное решение (с точностью до такта процессора) можно получить только имея процессор в единоличном пользовании, когда Вы можете запретить абсолютно все прерывания, т.е. при работе не под операционной системой.

[Eduard86]

Карл, почему нельзя привязать процессор (ядро) к потоку в единоличное использование средствами ОС?

[Karl500]

Это не поможет, потому что прерывания ничего не знают о привязке ядра к потоку. Гуглите - прерывания в многоядерных системах. Ну или вот тут посмотрите: https://dev64.wordpress.com/2012/05/23/interrupt-subsystem-architecture/
Вам (при работе под ОС) никто не разрешит запретить прерывания для процессорного ядра. Для того, чтобы это сделать, Вам нужно либо быть ядром ОС, либо выполняться не под ОС.

[Eduard86]

Почему нельзя контролировать это на уровне ядра ОС? Например, отключить для одного конкретного ЦП все внешние события, тем временем повесить на него выполнение критически важного RT-потока. Это же подсилу ОС? Может я глупости говорю, просто очень плохо понимаю устройство компьютера на этом уровне.

[shura1]

Да. Полностью невозможно, насколько я понял. Но вот тут говориться как можно по максимуму обеспечить работу процесса на одном ядре.

http://stackoverflow.com/questions/13583146/whole-one-core-dedicated-to-single-process

Здесь немного посвежее.

[Eduard86]

shura1, спасибо за наводки, буду изучать.

[Karl500]

Я же уже сказал: в исходной постановке задачи (ТОЧНОЕ до такта процессора одинаковое время выполнения вычислений) это невозможно. И никакие "максимально обеспечить" не являются решением исходной (строгой) задачи.

UPD: учтите еще, что при частоте процессора (к примеру) 1ГГц один такт занимает одну наносекунду. И решите, нужна ли Вам такая точность, или достаточно все-таки точности, которую может обеспечить системный таймер (50 или 60 миллисекунд) или высокоточный таймер (одна миллисекунда) (http://z-oleg.com/delphi/systimer.htm).

[Eduard86]

Карл, среднестатистическое время выполнения алгоритма 25мкс на процессоре с частотой 2,5 ГГц. Проблема в том, что на таком таймфрейме я имею среднеквадратичное отклонение задержки 5-10мкс, что дает по сути +/-50% точности и это есть смертельно. Жесткое решение предполагает 100% точности, но раз уж его не возможно достичь, тогда хотелось бы получить хотя бы 95-99% точности в этом временном масштабе.

[Karl500]

Все-таки непонятно, какова цель. Если цель - точно отмерять интервал времени, то (на мой взгляд) оптимальным решением было бы использование любого подходящего микроконтроллера с запрещенными прерываниями и выполняющего Вашу задачу в монопольном режиме.
Попытка использовать для этого многозадачную (а тем более многопользовательскую) систему с принципиально недетерминируемым поведением ни к чему не приведет. Кстати, еще одно соображение: время проведения вычислений может зависеть от данных. Т.е. если вычислять именно число пи до десятого знака - это одно, а если, например, делить разные числа друг на друга - это другое.