KR20080052343A - 리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리눅스 커널의 실시간 성능을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 주기적인 인터럽트에 대한 태스크 수행 결과를 통해 리눅스 커널 실시간 성능을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치는, 사용자로부터 명령을 수신하고 실시간 성능 측정 결과를 상기 사용자에게 출력하는 입출력부; 상기 입출력부로부터 상기 명령을 수신하고 주기적인 인터럽트를 발생하는 인터럽트 발생기; 및 상기 인터럽트에 대응하는 복수의 태스크의 수행 시작시간에 기반하여 상기 실시간 성능 측정 결과를 생성하고, 상기 실시간 성능 측정 결과를 상기 입출력부에게 전달하는 제어부로 구성된다. 본 발명은 태스크 선점 지연시간을 구간별로 측정하던 종래의 실시간 성능 측정 방법과 달리 구간을 모두 포함하는 전체 지연시간을 측정함으로써, 용이하게 실시간 성능 측정 방법을 구현할 수 있다.

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Description

리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치 및 방법{Device and Method For Measuring Real-time Performance Of Linux Kernel}

본 발명은 리눅스 커널의 실시간 성능을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 주기적인 인터럽트에 대한 태스크 수행 결과를 통해 리눅스 커널 실시간 성능을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

리눅스는 대형 기종에서 작동하던 운영체계인 유닉스를 소형 PC에서도 작동할 수 있도록 만든 운영체제이다. 리눅스는 프로그램 소스코드가 무료로 공개되어 있어 프로그래머가 원하는 대로 특정기능을 추가할 수 있고, 더욱이 어느 플랫폼에도 포팅이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 리눅스는 전형적인 유닉스 커널과 같이 모놀리틱(monolithic) 커널로 구성되어있고, 이에 따라 사용자 모드에서 커널 모드로의 진입시 시스템 내의 이벤트에 즉각적인 반응을 할 수 없어 실시간 성능이 중요한 시스템에서 사용되기에는 부적합한 면이 있었다.

최근 오픈 커뮤니티의 부단한 노력으로 리눅스 커널의 실시간 성능은 비약적 으로 향상되었고, 이에 따라 리눅스는 공장 자동화, 백색가전의 제어 및 멀티미디어 스트리밍 등의 각종 실시간 응용 분야에 활발히 사용되고 있다. 리눅스를 사용하는 실시간 시스템의 증가에 따라 리눅스 시스템의 실시간 성능을 측정할 수 있는 방법 또한 활발히 개발되고 있다.

종래의 실시간 성능 측정 방법은 리눅스 커널의 태스크 선점 지연 시간을 구성하는 세부 구간을 각각 측정하고 이를 합하여 태스크 선점 지연 시간을 계산하는 방법을 사용한다. 여기서, 태스크 선점 지연시간이란 긴급한 태스크가 발생한 경우에 시스템에서 구동되고 있는 태스크의 CPU 자원을 선점하여 상기 긴급한 태스크에게 서비스할 때까지 소비되는 시간을 의미한다.

도 1을 참조하면, 태스크 선점 지연시간은 인터럽트 도달 지연시간(110), 인터럽트 처리 지연시간(120), 스케줄러 도달 지연시간(130) 및 스케줄러 처리 지연시간(140)으로 구성된다.

우선, 인터럽트 도달 지연시간(110)은 하드웨어적으로 인터럽트가 발생하여 리눅스 커널에 도달하기 까지의 지연시간을 의미하는 것으로, 하드웨어의 구성에 따라 상이하며 매우 적은 시간을 소모한다. 인터럽트 처리 지연시간(120)은 인터럽트 핸들러가 해당 인터럽트를 처리하는데 소모되는 시간으로서, 인터럽트 및 인터럽트의 처리 방법에 따라 달라질 수 있다. 스케줄러 도달 지연시간(130)은 인터럽트가 인터럽트 핸들러에 의해 처리된 이후 스케줄러에 도달할 때까지의 지연시간을 의미하며, 상대적으로 다른 부분에 비하여 많은 시간을 소모한다. 스케줄러 처리 지연시간(140)은 스케줄러가 스케줄링을 하는 동안의 소요되는 시간을 의미한다.

상기 태스크 선점 지연시간을 구성하는 각 구간들은 하드웨어의 특성에 따라 변동이 심하고, 개별적인 측정도 용이하지 않다. 따라서, 태스크 선점 지연시간의 각각의 세부 구간을 별도로 측정하여야 하는 종래의 실시간 성능 측정 방법은 개발 이 어렵고 측정의 정확도를 보장할 수 없는 단점이 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 리눅스 커널의 실시간 성능을 보다 용이하게 측정할 수 있는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 사용자로부터 명령을 수신하고 실시간 성능 측정 결과를 상기 사용자에게 출력하는 입출력부; 상기 입출력부로부터 상기 명령을 수신하고 주기적인 인터럽트를 발생하는 인터럽트 발생기; 및 상기 인터럽트에 대응하는 복수의 태스크의 수행 시작시간에 기반하여 상기 실시간 성능 측정 결과를 생성하고, 상기 실시간 성능 측정 결과를 상기 입출력부에게 전달하는 제어부를 통하여 리눅스 커널의 실시간 성능을 측정하는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면은 사용자로부터 수신한 인터럽트 발생주기에 따라 주기적인 인터럽트를 발생하는 단계; 상기 인터럽트에 대응하는 복수의 태스크의 수행 시작시간을 측정하는 단계; 상기 복수의 태스크의 수행 시작시간 간의 간격을 계산하는 단계; 및 실시간 성능 측정 결과를 사용자에게 출력하는 단계를 통하여 리눅스 커널의 실시간 성능을 측정하는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 방법을 제공한다.

본 발명은 태스크 선점 지연시간을 구간별로 측정하던 종래의 실시간 성능 측정 방법과 달리 구간을 모두 포함하는 전체 지연시간을 측정함으로써, 용이하게 실시간 성능 측정 방법을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 방법에서 고려할 수 없었던 인터럽트 금지구간에 의한 지연시간도 고려함으로써, 좀 더 정확한 실시간 성능을 측정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 실시간 성능 측정 장치(210)는 입출력부(211), 인터럽트 발생기(212) 및 제어부(213)을 포함한다. 입출력부(211)는 사용자(220)로부터 실시간 성능 측정에 대한 명령을 수신하여 각각 인터럽트 발생기(212) 및 제어부(213)에 전달한다. 상기 명령은 인터럽트의 종류 및 인터럽트의 발생 주기 등을 포함할 수 있다.

인터럽트 발생기(212)는 사용자(220)의 명령에 기반하여 일정한 주기로 RTC 인터럽트(Real-time clock interrupt)를 발생한다. 일 실시예에서, 인터럽트 발생기(212)는 RTC 인터럽트를 발생하기 위하여 시스템 콜(System call)을 사용할 수 있다.

리눅스 커널(230)에서 상기 RTC 인터럽트에 대응하는 태스크가 연속적으로 수행되면, 제어부(213)는 연속적인 태스크 수행의 시작시간을 측정하고 그 간격을 계산하여 측정결과를 입출력부(211)에 전달한다. 이상적인 태스크 수행의 간격은 인터럽트 발생 주기와 일치하는 바, 입출력부(211)는 인터럽트 발생 주기와 측정결과를 비교하여 사용자(220)에게 출력한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 방법의 순서도이다.

도 3을 참조하면, 리눅스 시스템의 실시간 성능을 측정하기 위해 사용자는 실시간 성능 측정 장치의 입출력부를 통하여 인터럽트 주기 등을 포함하는 명령을 입력한다(310). 인터럽트 발생부는 사용자의 명령에 기반하여 일정한 주기의 RTC 인터럽트를 발생한다(320). 인터럽트의 발생에 따라 리눅스 커널에서 인터럽트에 대응하는 태스크가 수행되면, 제어부는 상기 태스크의 수행 시작시간을 측정한다(330). 사용자의 명령 또는 소정 횟수의 반복에 의해 측정이 종료될 때까지, 인터럽트 발생 및 태스크 수행 시작시간 측정을 반복한다(340).

측정이 종료되면, 제어부는 측정된 태스크 수행 시작시간 간의 간격을 계산하고(350), 이를 인터럽트 주기와 비교하여 사용자에게 출력한다(360).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 방법에 의해 측정되는 시간의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 주파수 n의 RTC 인터럽트는 1/n 주기로 발생된다. 예를 들어, 1000Hz의 주파수를 가지는 RTC 인터럽트는 1 msec의 주기로 발생된다.

리눅스 커널에서 수행되고 있는 태스크에 의해 발생한 인터럽트 금지구간에 서 RTC 인터럽트가 발생하면, 상기 RTC 인터럽트는 인터럽트 금지구간이 모두 지나간 이후에 처리가 되기 시작한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 방법은 종래의 실시간 성능 측정 방법과 달리 인터럽트 금지구간에 의한 지연시간까지 모두 고려할 수 있다.

RTC 인터럽트는 처리를 위하여 인터럽트 핸들러로 전달되고, 인터럽트 핸들러는 해당 인터럽트 서비스 루틴을 동작하여 인터럽트에 해당하는 태스크를 선택하고, 상기 태스크를 스케쥴러로 전달한다. 스케쥴러는 스케쥴링 정책에 의해 태스크를 수행하고, 이때 태스크의 수행 시작시간과 다음 RTC 인터럽트에 의해 수행되는 태스크의 수행 시작시간과의 간격이 측정된다.

이상적인 경우, 태스크의 수행 시작시간의 간격은 RTC 인터럽트 주기와 일치한다. 예를 들어, 1000Hz의 RTC 인터럽트가 사용되는 실시간 성능 측정에 있어서 각 태스크의 수행 시작시간의 간격이 1 msec에 가까울수록 측정되는 시스템의 실시간 성능이 안정하다는 사실을 나타내는 것이다.

도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 방법에 의해 리눅스 시스템을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 5a의 그래프는 불안정한 실시간 성능을 가진 리눅스 시스템을 1000 msec의 RTC 인터럽트 주기로 테스트한 결과를 나타낸 그래프이다. 일 실시예에서, 사용자는 리눅스 커널의 실시간 성능을 더 자세히 평가하기 위해 테스트와 동시에 상당한 리눅스 커널 자원을 점유하는 응용 프로그램을 실행시킬 수 있다. 본 테스트에서는 'Hackbench'라는 벤치마킹 프로그램을 이용하였다. 측정 결과를 보면, 불규칙 하게 인터럽트 주기 및 측정 결과 간의 편차가 발생하고, 그 편차의 폭도 인터럽트 주기에 비해 수 배에 이르는 경우가 있다. 특히 Hackbench를 실행한 경우 편차의 폭이 더욱 커지고, 편차가 일어나는 빈도도 증가하는 것을 볼 수 있다.

도 5b의 그래프는 안정한 실시간 성능을 가진 리눅스 시스템을 975 msec의 RTC 인터럽트 주기로 테스트한 결과를 나타낸 그래프이다. 결과를 살펴보면, 도 5a의 그래프에 비하여, 측정 결과가 인터럽트 주기와 큰 편차를 보이지 않고 안정되어 있은 것을 볼 수 있다. Hackbench를 실행한 경우에서도, 편차가 조금 증가하기는 하였으나 일정하고 안정된 결과가 나타나는 것을 볼 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 리눅스 시스템에서 태스크 선점 지연시간의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 방법의 순서도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 방법에 의해 측정되는 시간의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 방법에 의해 불안정한 실시간 성능을 가진 리눅스 시스템을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 성능 측정 방법에 의해 안정한 실시간 성능을 가진 리눅스 시스템을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims (6)

1. 리눅스 커널의 실시간 성능을 측정하는 장치에 있어서,

   사용자로부터 명령을 수신하고 실시간 성능 측정 결과를 상기 사용자에게 출력하는 입출력부;

   상기 입출력부로부터 상기 명령을 수신하고 주기적인 인터럽트를 발생하는 인터럽트 발생기; 및

   상기 인터럽트에 대응하는 복수의 태스크의 수행 시작시간에 기반하여 상기 실시간 성능 측정 결과를 생성하고, 상기 실시간 성능 측정 결과를 상기 입출력부에게 전달하는 제어부

   를 포함하는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 명령은 인터럽트 발생주기를 포함하고, 상기 인터럽트 발생기는 상기 인터럽트 발생주기에 따라 상기 주기적인 인터럽트를 발생하는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 복수의 태스크의 수행 시작시간 간의 간격을 계산하는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 실시간 성능 측정 결과는 상기 인터럽트 발생주기 및 상기 복수의 태스크의 수행 시작시간 간의 상기 간격을 포함하는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 장치.
5. 리눅스 커널의 실시간 성능을 측정하는 방법에 있어서,

   사용자로부터 수신한 인터럽트 발생주기에 따라 주기적인 인터럽트를 발생하는 단계;

   상기 인터럽트에 대응하는 복수의 태스크의 수행 시작시간을 측정하는 단계;

   상기 복수의 태스크의 수행 시작시간 간의 간격을 계산하는 단계; 및

   실시간 성능 측정 결과를 사용자에게 출력하는 단계

   를 포함하는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 실시간 성능 측정 결과는 상기 인터럽트 발생주기 및 상기 복수의 태스크의 수행 시작시간 간의 상기 간격을 포함하는 리눅스 커널 실시간 성능 측정 방법.

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