实时性测试指南与结果解读

概要：本文介绍了在不同负载条件下使用 cyclictest 工具对 Linux 系统进行实时性测试的方法，涵盖测试环境配置、命令详解及测试结果的解读，特别强调了在压力测试下进行评估的重要性，并提供了一个非实时内核下的测试结果示例。

1. 测试环境说明

Linux 实时性测试通常包括两种环境：

• 空载测试：开机后不运行非必要软件进行测试。
• 压力测试：使用 stress-ng 工具生成系统负载进行测试。

在负载条件下测试 Linux 实时系统远比在空载条件下测试更具参考价值。在空载（idle）状态下，系统几乎所有的资源（CPU、内存带宽、缓存、总线等）都专属于实时任务，可能导致结果过于理想。

空载测试的主要作用：

• 作为性能“基线”或“下限”。
• 验证测量工具和方法的有效性。
• 如果空载时延迟都很大，说明系统配置或测试方法存在问题。

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2. 测试步骤

以 RK3588 平台为例：

2.1 生成负载（压力测试）

stress-ng -c 8 --io 2 --vm 1 --vm-bytes 1024M --timeout 1000000s

注意：测试过程中需注意散热问题。

2.2 执行 cyclictest 测试命令

cyclictest -c 0 -m -t 8 -p 99

可加入 -D 选项指定测试时长，例如：

cyclictest -c 0 -m -t 8 -p 99 -D 600

• -D 600 表示测试 600 秒（即 10 分钟）。

建议测试时长一般设置为 2 小时，以获得更稳定的数据。

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3. 命令解读

cyclictest -c 0 -m -t 8 -p 99

选项	含义	说明
-c 0	时钟选择	使用 CLOCK_MONOTONIC，单调递增，不受系统时间调整影响
-m	内存锁定	锁定当前和未来内存分配，避免页面交换导致的延迟
-t 8	线程数量	创建 8 个测试线程
-p 99	线程优先级	设置线程优先级为 99（Linux 实时优先级范围为 1-99，99 为最高）
-D 600	测试时长	可选参数，表示测试持续时间为 600 秒（10 分钟）

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4. 测试结果示例解读（非实时内核）

以下为在非实时内核下运行 cyclictest 的测试结果：

root@user:~# cyclictest -c 0 -m -t 8 -p 99 -D 600
WARN: cyclictest was not built with the numa option
# /dev/cpu_dma_latency set to 0us
policy: fifo: loadavg: 13.27 11.86 7.28 13/588 2516

T: 0 ( 2475) P:99 I:1000 C: 599944 Min:      2 Act:    3 Avg:    5 Max:    3059
T: 1 ( 2476) P:99 I:1500 C: 399998 Min:      2 Act:    3 Avg:    5 Max:    1652
T: 2 ( 2477) P:99 I:2000 C: 299995 Min:      2 Act:    4 Avg:    5 Max:    2319
T: 3 ( 2478) P:99 I:2500 C: 239991 Min:      2 Act:    3 Avg:    5 Max:    2554
T: 4 ( 2479) P:99 I:3000 C: 199992 Min:      2 Act:    3 Avg:    4 Max:    1595
T: 5 ( 2480) P:99 I:3500 C: 171420 Min:      2 Act:    5 Avg:    5 Max:    2573
T: 6 ( 2481) P:99 I:4000 C: 149990 Min:      2 Act:    3 Avg:    4 Max:      69
T: 7 ( 2482) P:99 I:4500 C: 133327 Min:      2 Act:    6 Avg:    5 Max:     930

4.1 各列含义

列名	含义
T	线程编号
I	中断间隔（μs）
C	循环次数
Min	最小延迟（μs）
Act	当前延迟（μs）
Avg	平均延迟（μs）
Max	最大延迟（μs）

4.2 示例说明（以 T:0 为例）

T: 0 I:1000 C: 599944 Min: 2 Act: 3 Avg: 5 Max: 3059

• 线程 0
• 每 1000 微秒中断一次
• 执行了 599944 次循环
• 最小延迟为 2 微秒，平均为 5 微秒，最大延迟达到 3059 微秒

可以看到，某些线程出现了毫秒级别（ms）的最大延迟，说明非实时内核在负载下存在较大延迟波动。

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5. 附录：cyclictest 帮助文档翻译

短选项	长选项	参数	描述
-a [NUM]	--affinity	[NUM]	如果可能，将线程#N运行在处理器#N上；使用NUM时将所有线程固定到处理器NUM
-A USEC	--aligned=USEC	USEC	将线程唤醒对齐到特定偏移量
-b USEC	--breaktrace=USEC	USEC	当延迟 > USEC时发送断点跟踪命令
-c CLOCK	--clock=CLOCK	CLOCK	选择时钟：0 = CLOCK_MONOTONIC（默认），1 = CLOCK_REALTIME
-d DIST	--distance=DIST	DIST	线程间隔距离（微秒），默认=500
-D	--duration=TIME	TIME	指定测试运行时长，可附加’m’、’h’、’d’指定分钟、小时或天数
	--latency=PM_QOS	PM_QOS	将PM_QOS写入/dev/cpu_dma_latency
-F	--fifo=<path>	<path>	在指定路径创建命名管道并写入统计信息
-h	--histogram=US	US	运行后在stdout输出延迟直方图，US是要跟踪的最大延迟时间（微秒），此选项以相同优先级运行所有线程
-H	--histofall=US	US	与-h相同，但增加额外的摘要列
	--histfile=<path>	<path>	将延迟直方图输出到指定路径而非stdout
-i INTV	--interval=INTV	INTV	线程基准间隔（微秒），默认=1000
-l LOOPS	--loops=LOOPS	LOOPS	循环次数，默认=0（无限循环）
	--laptop		运行时节省电量，这会降低实时性结果但不会快速耗尽电池
-m	--mlockall		锁定当前和未来的内存分配
-M	--refresh_on_max		直到达到新的最大延迟时才更新屏幕，适用于低带宽情况
-N	--nsecs		以纳秒而非微秒打印结果（默认微秒）
-o RED	--oscope=RED	RED	示波器模式，按RED减少详细输出
-p PRIO	--priority=PRIO	PRIO	最高优先级线程的优先级
	--policy=NAME	NAME	测量线程的调度策略，NAME可以是：other、normal、batch、idle、fifo或rr
	--priospread		从指定值开始扩展优先级级别
-q	--quiet		仅在退出时打印摘要
-r	--relative		使用相对定时器而非绝对定时器
-R	--resolution		检查时钟分辨率，多次调用clock_gettime()，使用-X报告clock_gettime()值列表
	--secaligned [USEC]	[USEC]	将线程唤醒对齐到下一个整秒并可选择应用偏移量
-s	--system		使用sys_nanosleep和sys_setitimer
-S	--smp		标准SMP测试：选项-a -t且所有线程优先级相同
	--spike=<trigger>	<trigger>	记录所有大于触发值的尖峰
	--spike-nodes=[num of nodes]	[num of nodes]	可记录的最大尖峰数，未指定时默认为1024
-t	--threads		每个可用处理器一个线程
-t [NUM]	--threads=NUM	[NUM]	线程数：无NUM时线程数=max_cpus，无-t时默认=1
	--tracemark		当超过-b延迟时写入跟踪标记
-u	--unbuffered		强制无缓冲输出以便实时处理
-v	--verbose		在stdout输出统计值，格式：n:c:v n=任务编号 c=计数 v=值（微秒）
	--dbg_cyclictest		打印对调试cyclictest有用的信息
-x	--posix_timers		使用POSIX定时器而非clock_nanosleep