4. PREEMPT_RT内核配置

构建实时 Linux 系统的第一步是获取正确的内核源码并应用 PREEMPT_RT 补丁。本章将详细讲解从源码获取、补丁应用到内核配置选项的完整流程，重点剖析 PREEMPT_RT_FULL 等关键配置项，帮助您搭建一个可运行高精度定时器驱动的实时内核环境。

4.1 内核源码获取与 RT 补丁应用

4.1.1 获取内核源码

从 kernel.org 获取主线内核源码，推荐使用 LTS 版本。以下以 Linux 6.1 LTS 为例：

# 下载内核源码
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.1.38.tar.xz

# 解压
tar -xf linux-6.1.38.tar.xz
cd linux-6.1.38

4.1.2 下载并应用 PREEMPT_RT 补丁

RT 补丁由内核实时维护团队发布，可从 kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/ 获取。补丁版本必须与内核版本完全一致。

# 下载对应版本的 RT 补丁
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/6.1/patch-6.1.38-rt13.patch.xz

# 解压补丁
xz -d patch-6.1.38-rt13.patch.xz

# 应用补丁（位于内核源码根目录）
patch -p1 < patch-6.1.38-rt13.patch

4.1.3 补丁应用验证

补丁应用成功后，可通过以下方式验证：

• 查看版本号： 执行 make kernelversion，输出应包含 -rt 后缀，如 6.1.38-rt13。
• 检查文件变更： 使用 git diff --stat（如果内核目录已初始化为 git 仓库）查看修改的文件列表，RT 补丁通常会修改数百个文件。
• 确认关键文件： 检查 kernel/sched/ 目录下是否存在 rt.c、deadline.c 等实时调度相关文件。

4.2 内核配置选项详解

应用 RT 补丁后，内核会新增一系列实时相关的配置选项。正确配置这些选项是发挥 PREEMPT_RT 性能的关键。

4.2.1 进入配置界面

# 使用 menuconfig 进行配置
make menuconfig

在配置界面中，RT 相关选项主要分布在 General Setup → Preemption Model 和 Kernel Features 等菜单下。

4.2.2 抢占模型选择

这是 RT 补丁最核心的配置项，决定了内核的抢占行为。在 Preemption Model 菜单下，共有四个选项：

4.2.3 PREEMPT_RT_FULL 的深层影响

选择 CONFIG_PREEMPT_RT_FULL 后，内核行为发生以下关键变化：

• 中断线程化： 所有中断处理程序（除少数标记为 IRQF_NO_THREAD 的）都运行在可被抢占的内核线程上下文中，避免了中断上下文导致的不可抢占问题。
• 自旋锁可抢占： 普通自旋锁被替换为 rt_mutex 基底的实现，持有锁的线程可被更高优先级的任务抢占，降低了优先级反转风险。
• RCU 抢占支持： RCU 读侧临界区可被抢占，进一步减少了不可抢占区间。
• 高精度定时器： 启用 CONFIG_HIGH_RES_TIMERS 后，定时器精度可达纳秒级，且定时器回调在可抢占的软中断或线程上下文中执行。

4.2.4 其他关键 RT 配置选项

除了抢占模型，以下配置选项对实时性能和高精度定时器驱动至关重要：

4.3 配置验证与编译

4.3.1 验证配置是否正确

配置完成后，可通过以下命令检查关键选项是否生效：

# 检查 PREEMPT_RT_FULL 是否启用
grep CONFIG_PREEMPT_RT_FULL .config

# 检查高精度定时器
grep CONFIG_HIGH_RES_TIMERS .config

# 检查中断线程化
grep CONFIG_IRQ_FORCED_THREADING .config

预期输出应显示 =y，例如：

CONFIG_PREEMPT_RT_FULL=y
CONFIG_HIGH_RES_TIMERS=y
CONFIG_IRQ_FORCED_THREADING=y

4.3.2 编译与安装

# 编译内核（使用 -jN 并行编译，N 为 CPU 核心数）
make -j$(nproc)

# 编译模块
make modules_install

# 安装内核
make install

# 更新引导配置（以 GRUB 为例）
update-grub

4.3.3 启动验证

重启并选择新编译的内核启动后，通过以下方式验证 RT 内核是否正常运行：

# 查看内核版本
uname -a
# 输出应包含 PREEMPT_RT 字样，如：
# Linux hostname 6.1.38-rt13 #1 SMP PREEMPT_RT ...

# 检查实时调度策略是否可用
chrt -m | grep FIFO
# 应显示 SCHED_FIFO 和 SCHED_RR 的优先级范围

4.4 常见配置问题与排查