Linux编程：嵌入式ARM平台Linux网络实时性能优化

本文将通过优化时钟周期、网络中断处理、协议栈配置、CPU 调度等配置来提升网络吞吐量，尤其是 UDP 数据包的处理效率。同时也将分析这些优化措施可能带来的副作用和对系统资源的影响。

启用高分辨率定时器：对于实时性要求高的应用，建议配置内核，启用高分辨率定时器（CONFIG_HIGH_RES_TIMERS），以提高定时器精度。
```
make menuconfig  # 打开Linux内核配置
CONFIG_HIGH_RES_TIMERS=y
```
合理选择时钟周期：选择适当的时钟周期，使其在精度和 CPU 负载之间找到平衡。可通过测试找到最适合的时钟周期。

CPU 负担增加：高分辨率定时器提高了系统调度的精度，但也增加了频繁的上下文切换和时钟更新，可能会增加 CPU 资源的消耗，特别是在 CPU 负载本已较重的情况下。
过短的时钟周期可能会导致 CPU 资源被频繁的中断处理占用，从而影响网络中断的响应，尤其是在高流量的 UDP 数据包处理中。

启用 NAPI：通过启用 NAPI（New API）合并中断，减少中断的频率，优化 CPU 的使用。
```
ethtool -C eth0 rx-usecs 10
```
中断优先级调整：调整网络中断的优先级，确保网络中断能在系统繁忙时优先处理。
```
echo 1 > /proc/irq/<irq_number>/smp_affinity_list
```
中断绑定（CPU 绑定）：将网络中断绑定到特定的 CPU 核心，减少跨核上下文切换开销。
```
echo 1 > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus
```

在高吞吐量应用中，网络协议栈的一些默认配置可能成为性能瓶颈。

调整缓冲区大小：合理调整 UDP 接收和发送缓冲区的大小，以优化吞吐量。
```
sysctl -w net.core.rmem_max=16777216
sysctl -w net.core.wmem_max=16777216
```
禁用不必要的协议：如果系统不需要 IPv6 或其他协议，可以通过禁用这些协议来减少协议栈的负担。
```
sysctl -w net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
```

交换空间（swap）允许操作系统将不常用的数据页从内存移至硬盘，当系统内存不足时，避免直接崩溃。虽然这种机制有助于防止内存溢出，但当数据被交换到磁盘上时，每当需要访问这些数据时都会触发缺页中断，进而导致额外的延迟。

可以使用以下命令禁用当前的 swap 分区：

# 禁用 swap 分区
swapoff -a

# 永久禁用 swap，编辑 /etc/fstab 文件，注释掉 swap 行

禁用 Swap 是彻底关闭交换空间，不允许内存数据交换到磁盘。
配置内核swappiness 为 0 是一种软性优化，它尽量避免使用交换空间，但不完全禁止。当系统内存极度紧张时，swappiness 为 0 不会阻止系统使用 swap

临时修改： 临时修改 swappiness 的值，使其立即生效，但重启后会失效。
```
sysctl vm.swappiness=0
```
永久修改： 修改 /etc/sysctl.conf 文件，使配置在系统重启后依然生效。
```
echo "vm.swappiness = 0" >> /etc/sysctl.conf
sysctl -p
```

网络吞吐量不仅与中断处理有关，还与 CPU 调度效率和任务优先级密切相关。合理调度网络相关进程，确保它们能够高优先级地执行，可以有效提高 UDP 数据包的吞吐量。

CPU 亲和性：将 UDP 数据处理任务绑定到特定的 CPU 核心上，避免跨核任务迁移，减少缓存失效的概率。
```
taskset -c 0-1 ./my_udp_task
```
高优先级调度：使用实时调度策略（如 FIFO 或 RR）提高与 UDP 数据包处理相关进程的优先级，确保网络中断能够及时响应。
```
chrt -f 99 my_udp_task
```