4. 子系统裁剪（上）：进程调度、内存管理、中断子系统的核心选项与裁剪策略

嵌入式 Linux 内核的裁剪工作，核心在于理解各子系统的功能边界与资源消耗。本章聚焦于三个最基础的子系统：进程调度、内存管理和中断子系统。这些子系统在内核中无处不在，其配置选项直接影响系统的实时性、内存占用和响应速度。错误的裁剪可能导致系统崩溃或功能缺失，而精准的裁剪则能显著降低内核体积并提升启动性能。

4.1 进程调度子系统裁剪

进程调度器负责决定哪个任务获得 CPU 使用权。Linux 内核支持多种调度类（Scheduling Classes），每种调度类对应不同的调度策略和适用场景。对于嵌入式系统，通常只需要其中一到两种。

4.1.1 核心调度选项

4.1.2 调度类选择

Linux 内核支持以下主要调度类，每个调度类都对应一个 CONFIG_ 选项：

• CFS (Completely Fair Scheduler) — CONFIG_SCHED_CFS：通用调度器，默认开启，通常保留。
• RT (Real-Time) — CONFIG_SCHED_RT：实时 FIFO/RR 调度，硬实时场景必须保留。
• DL (Deadline) — CONFIG_SCHED_DEADLINE：EDF 调度器，非实时系统可关闭。
• IDLE — CONFIG_SCHED_IDLE：空闲调度类，通常保留。

4.1.3 进程调度裁剪流程图

4.2 内存管理子系统裁剪

内存管理子系统是内核中代码量最大的模块之一。对于内存受限的嵌入式系统，精细裁剪可以释放数百 KB 的代码和数据空间。

4.2.1 页面分配器与伙伴系统

4.2.2 SLUB 分配器调优

内核对象缓存分配器（SLUB）是内存管理的关键路径。以下选项直接影响性能和内存占用：

# 针对小内存系统的 SLUB 优化配置
CONFIG_SLUB=y
CONFIG_SLUB_DEBUG=n          # 关闭调试，减少约 4 KB
CONFIG_SLUB_MEMCG_SYSFS=n    # 关闭 memory cgroup 接口
CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL=y    # 保留 CPU 部分空闲列表，提升性能
CONFIG_SLAB_FREELIST_HARDENED=n  # 关闭 freelist 加固，节省约 2 KB

4.2.3 内存管理裁剪前后对比

4.3 中断子系统裁剪

中断子系统是系统响应外部事件的基石。其配置直接影响中断延迟和 CPU 开销。嵌入式系统通常只需要支持有限的中断控制器类型。

4.3.1 中断控制器驱动选择

内核支持多种中断控制器（IRQ Chip）驱动。通过 make menuconfig 进入 Device Drivers -> Interrupt controllers 进行选择：

4.3.2 软中断与 tasklet 配置

软中断（SoftIRQ）和 tasklet 是中断下半部的主要机制。以下选项控制其行为：

# 中断下半部相关选项
CONFIG_IRQ_WORK=y            # 必须保留，用于 RCU 和 perf
CONFIG_TASKLET_STATISTICS=n  # 关闭 tasklet 统计，减少开销
CONFIG_IRQ_TIME_ACCOUNTING=n # 关闭中断时间统计，节省约 2 KB
CONFIG_IRQ_DOMAIN_DEBUG=n    # 关闭中断域调试

4.3.3 中断响应路径优化

中断响应路径上的每个分支都会增加延迟。以下配置可以精简路径：

• 关闭中断嵌套：CONFIG_IRQ_PREFLOW_FASTEOI=n — 减少中断控制器交互次数。
• 使用线性中断域：CONFIG_IRQ_DOMAIN_HIERARCHY=y 但确保只注册必要的层级。
• 关闭稀疏中断：CONFIG_SPARSE_IRQ=n — 对于固定中断数量的系统，使用线性表更高效。

4.3.4 中断子系统架构图

4.4 综合裁剪清单与验证

完成上述三个子系统的裁剪后，建议按以下清单进行验证：

1. 功能验证：确认系统调用（如 sched_setscheduler、mmap、request_irq）行为符合预期。
2. 性能基准：使用 cyclictest 测量中断延迟，使用 lmbench 测量上下文切换时间。
3. 内存占用：通过 size vmlinux 和 nm --size-sort vmlinux 检查各子系统的代码段大小。
4. 启动时间：使用 initcall_debug 内核参数，观察各子系统初始化耗时。