第14章 割り込みとユーザープロセスを分離してシステムレイテンシーを最小限に抑える

リアルタイム環境では、さまざまなイベントに応答する際にレイテンシーを最小限に抑える必要があります。これを行うには、割り込み (IRQ) とさまざまな専用 CPU 上のユーザープロセスを相互に分離します。

14.1. 割り込みおよびプロセスバインディング

割り込み (IRQ) をさまざまな専用 CPU 上のユーザープロセスから分離することで、リアルタイム環境でのレイテンシーを最小限に抑えるか、なくすことができます。

通常、割り込みは CPU 間で均等に共有されます。これにより、CPU が新しいデータおよび命令キャッシュを書き込む必要があるときに、割り込み処理が遅延する場合があります。これらの割り込みの遅延は、同じ CPU で実行されている他の処理との競合を引き起こす可能性があります。

タイムクリティカルな割り込みおよびプロセスを特定の CPU (または CPU の範囲) に割り当てることができます。これにより、この割り込みを処理するコードおよびデータ構造がプロセッサーおよび命令キャッシュにある可能性が非常に高くなります。その結果、専用のプロセスはできるだけ迅速に実行でき、他のすべてのタイムクリティカルでないプロセスは他の CPU で実行されます。これは、関連する速度がメモリーおよび使用可能なペリフェラルバス帯域幅の限界に近いか限界に達している場合に、特に重要になる可能性があります。メモリーがプロセッサーキャッシュにフェッチされるのを待つと、全体的な処理時間と決定論は著しく影響を受けます。

実際には、最適なパフォーマンスはアプリケーションによってまったく異なります。たとえば、同様の機能を持つアプリケーションを異なる企業向けにチューニングする場合、全く異なる最適なパフォーマンスチューニングが必要になります。

  • ある企業では、4 つの CPU のうち 2 つをオペレーティングシステムの機能と割り込み処理用に分離した時に、最適な結果が得られました。残りの 2 つの CPU は、純粋にアプリケーション処理専用でした。
  • 別の会社では、ネットワーク関連のアプリケーションプロセスを、ネットワークデバイスドライバーの割り込みを処理する単一の CPU にバインドしたときに、最適な決定論が得られました。
重要

プロセスを CPU にバインドするには、通常、特定の CPU または CPU の範囲の CPU マスクを把握する必要があります。CPU マスクは通常、使用するコマンドに応じて、32 ビットのビットマスク、10 進数、または 16 進数で表されます。

表14.1 特定の CPU の CPU マスクの例

CPU の数

ビットマスク

10 進数

16 進数

0

00000000000000000000000000000001

1

0x00000001

0, 1

00000000000000000000000000000011

3

0x00000011