PREEMPT_RT는 Linux 커널을 실시간 커널로 바꾸는 구성이다. spinlock_t 같은 스핀락을 선점할 수 있고 우선순위 상속을 아는 rtmutex로 바꾸고, 인터럽트 처리기를 스레드로 돌리게 강제한다. 그 결과 진입 코드, 스케줄러, 저수준 인터럽트 처리 같은 몇 경로를 빼고 커널 전체를 선점할 수 있게 되어, 우선순위 높은 태스크가 실행 가능해진 뒤 실제로 CPU에서 실행되기까지의 지연이 줄어든다.[1] 이 구성은 CONFIG_PREEMPT_RT 옵션으로 켜며, 켜지 않으면 커널은 완전히 선점할 수 있는 실시간 커널이 되지 않는다.[2]
잠드는 스핀락
PREEMPT_RT가 아닌 Linux 커널에서 spinlock_t를 얻는 쪽은 먼저 선점을 끄고, 락이 풀릴 때까지 돈다. PREEMPT_RT 커널에서 spinlock_t는 rtmutex로 구현된다. 경합하는 락을 얻으려는 태스크는 돌지 않고, CPU 이동을 끈 채 자기 우선순위를 락 소유자에게 넘기고 스스로 잠든다. CPU 이동을 끄면 선점을 끈 것과 같은 효과를 내면서도 선점은 허용된다.[1]
PREEMPT_RT 커널의 spinlock_t는 선점을 끄지 않고, spin_lock_irq나 spin_lock_irqsave처럼 하드 인터럽트에 관한 접미사(_irq, _irqsave)를 붙여도 CPU의 인터럽트 금지 상태를 바꾸지 않는다.[3] 인터럽트가 강제로 스레드로 돌아 하드 IRQ(Interrupt Request) 문맥에서 실행되지 않으므로, 락을 잡으며 인터럽트를 끌 필요가 없기 때문이다.[4]
raw_spinlock_t는 PREEMPT_RT 커널에서도 실제로 도는 스핀락이다. 인터럽트 처리, 스케줄러, 타이머 같은 저수준 핵심 코드가 쓰고, 선점을 끄며, _irq나 _irqsave 접미사를 붙이면 인터럽트도 끈다.[3][4]
스레드 IRQ
PREEMPT_RT 커널은 인터럽트 처리기를 강제로 스레드로 돌려 두 단계로 나눈다. 1차 처리기는 인터럽트를 끈 IRQ 문맥에서 실행되며 짝이 되는 스레드 처리기를 깨우는 일만 한다. 스레드 처리기는 request_irq에 넘긴 처리 함수이고, 커널이 스케줄하는 프로세스 문맥에서 실행된다. 스레드를 깨운 때부터 처리가 끝날 때까지 인터럽트 컨트롤러에서 그 인터럽트 소스를 가린다. 스레드 처리기는 기본적으로 SCHED_FIFO 정책과 우선순위 50(MAX_RT_PRIO / 2)으로 실행된다.[1]
PREEMPT_RT 커널에서 IRQF_NO_THREAD, IRQF_PERCPU, IRQF_ONESHOT 플래그로 요청한 인터럽트는 강제 스레드화에서 빠진다. hrtimer도 PREEMPT_RT 커널에서는 기본적으로 하드 인터럽트 문맥이 아니라 softirq 문맥에서, 대개는 가장 낮은 실시간 우선순위로 도는 ktimersd 스레드에서 실행된다. 하드 인터럽트 문맥에서 실행하려면 HRTIMER_MODE_HARD로 표시한다.[4]
우선순위 상속
PREEMPT_RT 커널의 spinlock_t와 mutex는 우선순위 상속을 지원하는 rtmutex 위에 구현된다. 태스크가 이런 락에서 블록되면 블록된 태스크의 스케줄링 정책과 우선순위가 락 소유자에게 잠시 넘어간다. 예를 들어 SCHED_FIFO 태스크 A가 SCHED_OTHER 태스크 B가 쥔 락에서 블록되면, B는 A의 정책과 우선순위를 물려받아 실행되다가 락을 풀면 원래 스케줄링 파라미터로 돌아간다.[1] rt-mutex의 상속 규칙은 우선순위 상속 프로토콜에서 다룬다.