4. PREEMPT_RT 内核编译：获取源码、应用补丁、内核配置选项详解与编译安装

将标准 Linux 内核转换为实时操作系统，核心步骤是获取匹配的内核源码与 PREEMPT_RT 补丁，正确配置内核选项，并完成编译与安装。本章将详细拆解这一完整流程，确保你能够独立构建一个具备硬实时能力的 PREEMPT_RT 内核。

4.1 获取内核源码与 PREEMPT_RT 补丁

源码与补丁的获取是构建实时内核的第一步，推荐从官方或长期维护（LTS）分支获取，以保证稳定性和安全更新。

典型下载命令示例：

# 下载内核源码
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.1.25.tar.xz

# 下载对应的 RT 补丁
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/6.1/older/patch-6.1.25-rt14.patch.xz

# 解压源码
tar -xf linux-6.1.25.tar.xz
cd linux-6.1.25

4.2 应用 PREEMPT_RT 补丁

补丁应用是构建实时内核的关键步骤。补丁会修改内核调度器、中断处理、锁机制等核心子系统，引入可抢占特性。

标准补丁应用命令：

# 进入解压后的内核源码目录
cd linux-6.1.25

# 解压并应用补丁（使用 xz 格式）
xzcat ../patch-6.1.25-rt14.patch.xz | patch -p1 --dry-run

# 确认无错误后，移除 --dry-run 正式应用
xzcat ../patch-6.1.25-rt14.patch.xz | patch -p1

4.3 内核配置选项详解

应用补丁后，内核配置菜单中会出现实时相关的选项。正确配置这些选项是发挥 PREEMPT_RT 性能的核心。

4.3.1 核心实时抢占模型配置

在 Kernel Features 菜单下，需要选择抢占模型。PREEMPT_RT 补丁会新增 Fully Preemptible Kernel (Real-Time) 选项。

4.3.2 其他关键实时相关配置

除了抢占模型，以下配置项对实时性能有显著影响：

• CONFIG_HZ_1000：将内核时钟频率设置为 1000Hz，提供更细粒度的定时器分辨率，减少调度延迟。
• CONFIG_NO_HZ_FULL：全无滴答模式，允许在单个 CPU 上完全关闭周期性时钟中断，减少抖动。
• CONFIG_RCU_NOCB_CPU：将 RCU 回调处理卸载到专用 CPU，减少实时任务的干扰。
• CONFIG_IRQ_FORCED_THREADING：强制所有中断线程化，使中断处理可被实时任务抢占。
• CONFIG_PREEMPT_RT_FULL：启用实时互斥体（rt_mutex）和优先级继承协议，防止优先级反转。

4.4 编译与安装步骤

配置完成后，进入编译阶段。推荐使用 make -jN 并行编译以加快速度，其中 N 为 CPU 核心数加 1。

完整编译安装命令序列：

# 1. 加载现有配置作为基础（可选）
zcat /proc/config.gz > .config

# 2. 进入配置菜单，选择 PREEMPT_RT_FULL
make menuconfig

# 3. 编译内核和模块
make -j$(nproc)

# 4. 编译内核模块
make modules_install

# 5. 安装内核
make install

# 6. 更新引导加载程序（以 GRUB 为例）
update-grub

4.4.1 验证安装

重启系统后，在 GRUB 菜单中选择新安装的实时内核。进入系统后，通过以下命令验证：

# 查看当前内核版本
uname -r

# 检查 PREEMPT_RT 是否启用
cat /proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us

# 查看内核配置是否包含 PREEMPT_RT
zcat /proc/config.gz | grep PREEMPT_RT

如果输出包含 CONFIG_PREEMPT_RT_FULL=y，并且 /proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us 存在，说明实时内核已成功安装并运行。