影响性能的功能 - Qualcomm Dragonwing Documentation

Qualcomm^® Linux^® 内核包含 CPU 调度器、CPU 频率调速器、动态电压和频率调节（DVFS）以及内存管理等功能。本指南概述了每个功能及相关参考链接。此外，Qualcomm 使用一项名为 Userspace Resource Manager（URM）的功能来增强 Qualcomm Linux 的性能。

了解 CPU 调度器

CPU 调度器管理 CPU 时间在 Linux 系统上运行的进程之间的分配方式。 CPU 调度器使用 Linux 内核提供的 An earliest eligible virtual deadline first (EEVDF) CPU scheduler for Linux。EEVDF CPU 调度器使用 Per-entity load tracking [LWN.net ] 来监控任务负载。使用率钳制（UCLAMP 或 util clamp）是一种帮助管理任务性能需求的调度器功能。有关更多信息，请参阅定制 CPU 调度器。

了解 CPU 频率调速器

CPU 频率调速器根据任务负载调整 CPU 频率。CPU 调度器为此过程提供必要的输入。 Qualcomm Linux 使用 Linux 内核提供的 schedutil 调速器。该调速器在系统负载较重时提高 CPU 频率，在负载较低时降低频率，从而确保功耗与性能之间的最佳平衡。有关更多信息，请参阅以下内容：

了解 DVFS 调速器

DVFS 调速器根据系统工作负载控制 CPU 缓存（L3）、末级缓存控制器（LLCC）和 DDR 的频率。这些调速器在工作负载较高时提高频率，在工作负载较低时降低频率，从而确保功耗与性能之间的最佳平衡。 Qualcomm Linux 为 L3 缓存支持以下两种类型的 DVFS 调速器：

LLCC
DDR

配置静态映射 DVFS 调速器

该调速器使 CPU L3 缓存和 DDR 的频率与当前 CPU 频率保持一致，以平衡功耗和性能需求。例如，如果 CPU 频率处于最大值，则 L3 缓存和 DDR 频率也必须处于其最大水平。静态映射位于源代码的 arch/arm64/boot/dts/qcom/<target>.dtsi 中。有关定制选项，请参阅定制静态映射 DVFS 调速器。

了解 BWMON 调速器

带宽监控（BWMON）调速器根据测得的从 CPU 到 LLCC 再到 DDR 的流量，动态调整 LLCC 和 DDR 的频率。 BWMON 硬件模块测量此流量。它在指定的采样窗口内监控内存与其他子系统之间的数据吞吐量，并使用此信息调节 LLCC 和 DDR 频率以满足所需的带宽。 BWMON 调速器驱动程序位于源代码的 drivers/soc/qcom/icc-bwmon.c 中。有关更多信息，请参阅以下内容：

了解 Userspace Resource Manager

Userspace Resource Manager（URM）是一个开源、轻量级且可扩展的框架，旨在从用户空间智能地管理和配置系统资源。现代工作负载在服务器、计算、XR、移动和物联网等细分领域差异巨大，每种用例都表现出不同的特征。有些工作负载需要高 CPU 频率，有些需要持续的 GPU 吞吐量，还有许多依赖高效的缓存或更大的内存带宽。与此同时，这些工作负载运行在能力、功耗范围和用户期望各不相同的多种硬件平台上。因此，统一的调优方法不足以满足此类环境的多样化性能和功耗需求。 URM 通过提供以下能力来应对这些挑战：

启用应用程序级调优
启用用例和工作负载级调优
提供信号和调优 API

URM 会自动检测用例，并应用在每应用程序或用例 YAML 配置文件中指定的调优参数。用例检测可以通过扩展进行定制。 URM 还可以修改系统行为，以高效管理间歇性工作负载。可以在特定代码段中调用 Signal API 或 Tune API，以临时提升或限制系统资源。例如，可以在定义的持续时间内以更高的 CPU 频率执行关键代码路径。URM 可以高效处理来自多个客户端的并发请求。当多个请求针对同一资源时，URM 会聚合这些请求，以确定并应用设备所需的最佳性能水平。有关更多信息，请参阅 Userspace Resource Manager 和 Userspace Resource Manager Extensions。

了解内存管理

Qualcomm Linux 进行的所有内存分配都使用 RAM。必须管理 RAM 以满足性能需求并确保应用程序平稳运行。下图显示了内存分区：

图：内存分区

该图显示了同时支持 Linux 和非 Linux 环境的系统中的 RAM 分配。

系统 RAM 在非 Linux 和 Linux 组件之间进行分区。
非 Linux 部分包含一个标记为 Reserved（保留）的大块，表示为非 Linux 操作分配的内存。
Linux 部分在 Memory total（系统 RAM）下分为四个块：
- 内核静态
- 内核动态
- 用户空间进程
- 空闲内存

RAM 的某些部分独立于 Linux 系统进行管理。例如，调制解调器、视频和音频等固件从这些特定的 RAM 分区运行。Linux 内核管理所有其他 RAM 分区。 Linux 内核具有自己的内存管理子系统，其中包括：

虚拟内存和按需分页的实现
为内核内部结构和用户空间程序分配内存
将文件映射到进程的地址空间
其他内存管理操作

配置 RAM 内存分区

下表描述了各种类型的内存分配。

下表中指定的命令应在设备上运行。

表：RAM 分类

RAM 分类	内存段	分配类型	说明
非 Linux	无	无	内存由 Linux 以外的各个子系统以划出区（carveout）形式保留。这些划出区在相应的 DTSI 文件中指定。
Linux（系统 RAM）	内核静态	Vmlinux + 内核页结构	内核在引导时为自身使用保留此内存。Vmlinux 是用于存储 vmlinux 镜像的内存。vmlinux 镜像的大小和明细可以在引导时从 `dmesg` 日志中获取。内核页结构内存按每 GB RAM 大小 16 MB 计算。
	内核动态	Slab	内核使用 slab 更快、更高效地使用常用数据结构的内存。要检查 slab 的内存使用情况，请运行以下命令： `cat /proc/meminfo \| grep -i slab` 要查看各种 slab 及其使用情况的明细，请在内核配置中启用 `CONFIG_SLUB_DEBUG`，然后运行以下命令： `cat /proc/slabinfo`
		内核栈	内核栈存储每个进程的调用栈。 `cat /proc/meminfo \| grep -i kernelstack`
		PageTables	内核使用内存来存储将虚拟地址映射到物理地址的 PageTables。 `cat /proc/meminfo \| grep -i PageTables`
		模块	表示作为内核模块动态加载的内核实体。 `cat /proc/modules`
		Vmalloc	用于分配连续内存。 `cat /proc/vmallocinfo`
		缓存（内核 + 用户空间）	驻留在 RAM 中的文件支持内存量。 `cat /proc/meminfo \| grep -i cached`
		缓冲区	包含从磁盘读取或写入磁盘的信息块的固定大小缓冲区。 `cat /proc/meminfo \| grep -i buffers`
		Shmem	映射到两个或多个进程地址空间的共享内存。 `cat /proc/meminfo \| grep -i shmem`
	用户空间	ZUSED（ZRAM）	经 ZRAM 压缩后的匿名内存。
		CMA	通常映射到视频和显示等硬件 IP 但在运行时分配的连续物理内存。只有可移动分配（例如用户空间进程分配）可以使用 CMA 空闲内存；内核分配不能使用。
		ANON	用户空间应用程序使用 `malloc()` 或 `new()` 分配的内存。 `cat /proc/<pid>/smaps`
		ION	支持视频、摄像头和 Qualcomm Linux 等硬件 IP 之间的缓冲区共享。ION 管理引导时保留的内存池。挂载 debugfs： `mount -t debugfs none /sys/kernel/debug` 检查 ION 缓冲区使用情况： `cat /sys/kernel/debug/dma_buf/bufinfo \| grep bytes`
		KGSL	图形驱动程序分配的内存。整体 KGSL 使用情况： `cat /sys/class/kgsl/kgsl/page_alloc` 进程级明细： `cat /sys/class/kgsl/kgsl/proc/<pid>/kernel`
空闲内存	无	无	可用于任何分配的空闲内存。 `cat /proc/meminfo \| grep -i MemFree`

了解实时（RT）内核

实时系统是一种确定性系统，要求在设定的时间内对事件做出响应。如果满足以下条件，系统即被归类为兼容 RT：

不存在无界延迟。
最大响应时间可以精确计算。
满足设定的任务调度标准（延迟和截止期限）。

Linux 可以配置为实时操作系统（RTOS），其中实时任务具有明确定义的周期性执行周期（周期时间），并在指定限制（抖动）内满足执行标准。要安装补丁，请参阅 Versions of PREEMPT_RT patches。

实时支持面向内核空间进程，而非用户空间。

本节不适用于 QCS5430。

图：构建顺序

设置工作区

Qualcomm Linux 内核支持 LTS RT 内核（6.18.x），该内核通过 meta-qcom 层中 recipes-kernel/linux/linux-qcom-rt_6.18.bb 文件的 Yocto 配方进行维护。有关克隆工作区并获取所有 Qualcomm Linux meta 层以使用 Qualcomm RT Linux 的更多信息，请参阅 Sync。

启用 RT 内核

Qualcomm Linux meta-qcom 层支持 linux-qcom-rt_6.18.bb 配方，该配方默认为受支持的机器获取并构建 Qualcomm Linux 内核。 meta-qcom 层在现有层之上应用更改。在内核构建期间，meta-qcom 层根据内核版本使用 rt.config 启用 PREEMPT_RT，并允许实时配置。

对于 QLI.2.x，使用 linux-qcom-rt_6.18.bb。
对于 qcom-next，使用 linux-qcom-next-rt_git.bb。

有关受支持机器的更多信息，请参阅选择 MACHINE、DISTRO 和镜像。

定制 RT 内核

如果您对 RT 内核有任何更改，请按如下方式在配方中维护它们：
- 将补丁文件维护在 recipes-kernel/linux/linux-qcom-6.18/<your_patch_file>.patch 下
- 将补丁文件追加到 recipes-kernel/linux/linux-qcom-rt_6.18.bb 文件中的 SRC_URI。

SRC_URI += " \
    file://<your_patch_file>.patch \
    "

要在 RT 内核上应用任何外部配置：
- 在 recipes-kernel/linux/linux-qcom-6.18/configs/<your_config>.cfg 配方中维护配置文件。
- 将配置文件追加到 recipes-kernel/linux/linux-qcom-rt_6.18.bb 文件中的 SRC_URI。

SRC_URI += " \
    file://configs/qcom_rt.cfg \
"

要修改内核命令行，请将命令行参数添加到 meta-qcom/ci/base.yml 文件的 KERNEL_CMDLINE_EXTRA 变量中。

KERNEL_CMDLINE_EXTRA:append = " qcom_scm.download_mode=1 <new_parameter>"

为 RT 内核配置内核设置

RT 内核中使用可选和必需的内核配置。要在 RT 内核中启用完全抢占，请使用 CONFIG_PREEMPT_RT。作为 linux-qcom-rt_6.18.bb 配方中使用的 rt.config 的一部分，CONFIG_PREEMPT_RT 标志默认启用。以下示例显示了内核配置：

zcat proc/config.gz | grep CONFIG_PREEMPT
# CONFIG_PREEMPT_NONE is not set
# CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY is not set
# CONFIG_PREEMPT is not set
CONFIG_PREEMPT_RT=y

在为 RT 任务设置亲和性时，请设置以下内核配置选项：

CONFIG_NO_HZ_COMMON - 启用后，为无滴答（tickless）运行配置内核基础设施。
CONFIG_NO_HZ_FULL - 启用后，配置内核以避免向只有单个可运行任务的 CPU 发送调度时钟中断。
CONFIG_CPUSETS - 使用 CONFIG_CPUSETS 配置选项启用 cpuset，即将 CPU 分组形成一个集合。

图：RT 内核验证

构建 RT 内核

要构建 RT 内核，请运行以下命令：

要确保您处于 KAS shell 中，请运行以下命令：

kas shell meta-qcom/ci/qcs6490-rb3gen2-core-kit.yml:meta-qcom/ci/linux-qcom-rt-6.18.yml:meta-qcom/ci/qcom-distro-kvm.yml:meta-qcom/ci/lock.yml

qcom-distro-kvm.yml 配置仅在 QLI 2.0 中支持 KVM。RT 内核（PREEMPT_RT）与虚拟机监控程序无关。KVM 因以下原因被选为 QLI 2.0 的默认虚拟机监控程序：

上游社区支持 — KVM 及其驱动程序是主线 Linux 内核的一部分，可实现更广泛的生态系统贡献和长期支持。
标准 VirtIO 支持 — KVM 支持所有上游 VirtIO 设备，并与 QEMU 等标准 VMM 兼容。
开放开发 — 活跃的上游社区，开发者熟悉度更高。

kas 构建命令会自动将 xbl_config_kvm.elf 包含在生成的 qcomflash 包中。无需手动进行 UEFI BDS 配置。

将 kas 锁定文件从 meta-qcom-releases 复制到 meta-qcom，请参阅 Build a BSP image。

要编译 BitBake Qualcomm Linux 多媒体镜像，请运行以下命令：

bitbake qcom-multimedia-image

调优 RT 内核

调优 RT 内核，以便为设备中的 RT 任务实现确定性延迟。将运行 RT 任务的 CPU 核心设置为以最大工作频率运行，同时防止 CPU 频率的热缓解。例如，在空闲休眠场景中，RT 任务会因 CPU 唤醒时间延迟而面临调度延迟。

当启动 RT 测试（cyclictest）时，URM 会自动应用这些优化。

正常运行时不需要手动配置。以下步骤仅供参考、调试或自定义设置使用。

要在运行测试之前配置系统，请对 QCS6490、Qualcomm Dragonwing^™ IQ-9075 和 Qualcomm Dragonwing^™ IQ-615 Development Kit 执行以下操作：

禁用定时器迁移：

echo 0 > /proc/sys/kernel/timer_migration

将 /sys/devices/virtual/workqueue/* 中的所有内核工作队列亲和到管家（housekeeping）CPU：

for wq in /sys/devices/virtual/workqueue/*; do
   [ -w "$wq/cpumask" ] && echo 7F > "$wq/cpumask"
done
# 7F = CPUs 0-6 (binary 0111 1111)

将 CPU 频率调速器设置为 performance：

for policy in /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy*; do
   [ -w "$policy/scaling_governor" ] && echo performance > "$policy/scaling_governor"
done

禁用 RT 记账/节流：

echo -1 > /proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us

将 IRQ 亲和性设置为管家 CPU：

ALLOW_CPUS="0,1,2,3,4,5,6"
cpu_list_to_mask() {
   MASK=0
   for cpu in $(echo $1 | tr ',' ' '); do
      MASK=$((MASK | (1 << cpu)))
   done
   printf "%x\n" "$MASK"
}
MASK=$(cpu_list_to_mask "$ALLOW_CPUS")
echo "Setting IRQ affinity to CPUs: $ALLOW_CPUS (mask=0x$MASK)"
for irq in /proc/irq/[0-9]*; do
   smp_file="$irq/smp_affinity"
   [ -w "$smp_file" ] && echo "$MASK" > "$smp_file" 2>/dev/null
done

要在运行测试之前配置系统，请对 Dragonwing^™ IQ-8275 Development Kit 执行以下操作：

禁用定时器迁移：

echo 0 > /proc/sys/kernel/timer_migration

将 /sys/devices/virtual/workqueue/* 中的所有内核工作队列亲和到管家 CPU：

for wq in /sys/devices/virtual/workqueue/*; do
   [ -w "$wq/cpumask" ] && echo F7 > "$wq/cpumask"
done
# F7 = CPUs 0–2,4-7 (binary 1111 0111)

将 CPU 频率调速器设置为 performance：

for policy in /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy*; do
   [ -w "$policy/scaling_governor" ] && echo performance > "$policy/scaling_governor"
done

禁用 RT 记账/节流：

echo -1 > /proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us

将 IRQ 亲和性设置为管家 CPU：

ALLOW_CPUS="0,1,2,4,5,6,7"
cpu_list_to_mask() {
   MASK=0
   for cpu in $(echo $1 | tr ',' ' '); do
      MASK=$((MASK | (1 << cpu)))
   done
   printf "%x\n" "$MASK"
}
MASK=$(cpu_list_to_mask "$ALLOW_CPUS")
echo "Setting IRQ affinity to CPUs: $ALLOW_CPUS (mask=0x$MASK)"
for irq in /proc/irq/[0-9]*; do
   smp_file="$irq/smp_affinity"
   [ -w "$smp_file" ] && echo "$MASK" > "$smp_file" 2>/dev/null
done

以下示例显示了如何在 meta-qcom/conf/machine/<machine-name.conf> 中添加内核命令行参数以禁用 RCU 回调（rcu_nocbs）：

CPU 核心 7
IRQ 亲和到核心 0-6
RCU 无回调 7

QCOM_RT_CPU        = "7"
QCOM_IRQAFF        = "0-6"
QCOM_RCU_NOCBS     = "7"
QCOM_RCU_EXPEDITED = "1"
QCOM_CPUIDLE_OFF   = "1"

测试 RT 内核

Linux 基金会 RT 测试套件中提供了一组测试。RT Linux 内核测试可获取以下信息：

RT Linux 内核的实时性能
RT Linux 内核延迟和关键性能指标（KPI）

RT Linux 内核测试运行时间超过 24 小时，在此期间请勿重启系统。

Cyclictest 工具用于对 RT Linux 内核系统进行基准测试。它用于评估实时系统的相对性能。Qualcomm Linux 构建中包含 cyclictest 工具。有关更多信息，请参阅 Cyclictest。本指南介绍以下 cyclictest：

无负载 cyclictest：执行此测试时不添加系统负载。
使用 stress-ng（下一代）的 cyclictest：执行此测试时添加特定百分比的负载，以测量最坏情况下的系统延迟。

对 QCS6490、Qualcomm Dragonwing^™ IQ-9075 和 Qualcomm Dragonwing^™ IQ-615 开发套件运行以下循环测试：

cyclictest -a 7 -t 1 -m -l 100000000 -i 1000 -p 99 -h 100
# -a 7 → pin threads to CPU 7 (RT cores)
# -t 1 → 1 threads
# -m → lock memory (avoid page faults)
# -l 100000000 → long run
# -i 1000 → 1 ms interval
# -p 99 → RT priority
# -h 100 → histogram up to 100 µs

对 Dragonwing^™ IQ-8275 Development Kit 运行以下循环测试：
cyclictest -a 3 -t 1 -m -l 100000000 -i 1000 -p 99 -h 100

要访问 RT 测试套件源代码，请参阅 rt-tests/rt-tests.git。有关更多信息，请参阅 RT-Tests。

记录延迟。

要在 QCS6490、Qualcomm Dragonwing IQ-9075 和 Qualcomm Dragonwing^™ IQ-615 上使用 stress-ng 运行循环测试，请执行以下操作：

设置目标 CPU 负载。定义所需的 CPU 负载百分比。如果未指定，默认负载为 60%：
LOAD=60
在后台在选定的 CPU 核心上运行 stress-ng。使用 stress-ng 对核心 0、1、2、4、5、6 和 7 施加 CPU 负载。每个实例运行一天并固定到特定的 CPU 核心：
for cpu in 0 1 2 3 4 5 6; do taskset -c $cpu stress-ng --cpu 1 --cpu-load "$LOAD" \ --temp-path . -t 1d & done
运行循环延迟测试。以高优先级执行 cyclictest 以测量调度延迟。该测试运行约 27.78 小时：
cyclictest -a 7 -t 1 -m -l 100000000 -i 1000 -p 99 -h 100 --mainaffinity 6
记录最坏情况的延迟。

要在 Dragonwing IQ-8275 上使用 stress-ng 运行循环测试，请执行以下操作：

设置目标 CPU 负载：
LOAD=60

在选定的 CPU 核心上运行 stress-ng：

for cpu in 0 1 2 4 5 6 7; do
     taskset -c $cpu stress-ng --cpu 1 --cpu-load "$LOAD" \
     --temp-path . -t 1d &
done

运行循环延迟测试：

cyclictest -a 3 -t 1 -m -l 100000000 -i 1000 -p 99 -h 100 --mainaffinity 2

记录最坏情况的延迟。

RT 测试结果

设备	发行版和镜像	循环测试用例（持续时间：24 小时）	最小延迟（µs）	平均延迟（µs）	最大延迟（µs）
QCS6490 RT 核心：7 引导流程 - KVM	performance_linux-qcom-rt-6.18_qcom-distro-kvm 和 qcom-multimedia-image	无负载	1	1	6
QCS6490 RT 核心：7 引导流程 - KVM		Stress-NG	1	1	6
Dragonwing IQ-615 RT 核心：7 引导流程 - KVM	performance_linux-qcom-rt-6.18_qcom-distro-kvm 和 qcom-multimedia-image	无负载	1	2	7
Dragonwing IQ-615 RT 核心：7 引导流程 - KVM		Stress-NG	1	2	9
Dragonwing IQ-9075 RT 核心：7 引导流程 - KVM	performance_linux-qcom-rt-6.18_qcom-distro-kvm 和 qcom-multimedia-image	无负载	1	2	5
Dragonwing IQ-9075 RT 核心：7 引导流程 - KVM		Stress-NG	1	2	5
Dragonwing IQ-8275 RT 核心：3 引导流程 - KVM	performance_linux-qcom-rt-6.18_qcom-distro-kvm 和 qcom-multimedia-image	无负载	1	2	7
Dragonwing IQ-8275 RT 核心：3 引导流程 - KVM		Stress-NG	1	2	6

​了解 CPU 调度器

​了解 CPU 频率调速器

​了解 DVFS 调速器

​配置静态映射 DVFS 调速器

​了解 BWMON 调速器

​了解 Userspace Resource Manager

​了解内存管理

​配置 RAM 内存分区

​了解实时（RT）内核

​设置工作区

​启用 RT 内核

​定制 RT 内核

​为 RT 内核配置内核设置

​构建 RT 内核

​调优 RT 内核

​测试 RT 内核

​RT 测试结果

​后续步骤

了解 CPU 调度器

了解 CPU 频率调速器

了解 DVFS 调速器

配置静态映射 DVFS 调速器

了解 BWMON 调速器

了解 Userspace Resource Manager

了解内存管理

配置 RAM 内存分区

了解实时（RT）内核

设置工作区

启用 RT 内核

定制 RT 内核

为 RT 内核配置内核设置

构建 RT 内核

调优 RT 内核

测试 RT 内核

RT 测试结果

后续步骤