실시간 트레이스 도구 사용

Xenomai와 같은 실시간 운영체제(RTOS)를 디버깅하고 프로파일링하기 위해서는 고급 도구가 필요하다. 실시간 트레이스 도구는 시스템의 상태와 타이밍 정보를 상세히 제공한다. 이 장에서는 이러한 도구들을 사용하여 실시간 시스템의 성능과 동작을 분석하는 방법을 다룬다.

실시간 트레이스 도구 개요

실시간 트레이스 도구는 실시간 시스템의 실행 상태를 기록하고 분석할 수 있도록 도와준다. 이는 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며, 여기에는 이벤트 로깅, 주기적 스냅샷, 주파수 분석 등이 포함된다. 대표적인 실시간 트레이스 도구로는 LTTng, Ftrace, Trace-cmd, 그리고 Perf 등이 있다.

LTTng (Linux Trace Toolkit Next Generation)

LTTng는 고성능 트레이싱 프레임워크로, 커널과 사용자 공간 어플리케이션 모두를 추적할 수 있다. LTTng는 낮은 오버헤드로 실시간 환경에서도 사용이 가능한다.

설치 및 설정

LTTng를 사용하기 위해서는 먼저 설치와 설정이 필요하다.

sudo apt-get install lttng-tools lttng-modules-dkms
sudo apt-get install lttng-modules-source

세션 생성 및 추적 시작

LTTng 세션을 생성하고 추적을 시작하는 기본 명령어는 다음과 같다.

lttng create my-session
lttng enable-event -a -k
lttng start

이 명령어들은 새로운 세션을 생성하고, 모든 커널 이벤트에 대한 추적을 활성화하며, 추적을 시작한다.

데이터 분석

추적이 완료된 후, 다음 명령어를 사용하여 추적 데이터를 중지하고 분석할 수 있다.

lttng stop
lttng view

또는 Babeltrace를 사용하여 보다 상세한 분석이 가능한다.

babeltrace /path/to/trace

Ftrace

Ftrace는 커널 내부의 다양한 이벤트를 추적할 수 있는 도구이다. 매우 가볍고 유용하며, 특히 커널 수준의 디버깅과 성능 분석에 유용하다.

설정 및 사용

커널에서 Ftrace를 활성화하려면 다음 명령어를 사용한다.

echo function > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer
echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on

추적을 중지하려면 다음을 사용하라.

echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on
cat /sys/kernel/debug/tracing/trace > /tmp/trace

이제 /tmp/trace 파일에서 추적 결과를 확인할 수 있다.

Trace-cmd

Trace-cmd는 Ftrace의 명령행 인터페이스로, 보다 쉬운 사용성을 제공한다.

설치 및 설정

Trace-cmd를 설치하기 위해서는 다음 명령어를 사용한다.

sudo apt-get install trace-cmd

추적 시작 및 중지

Trace-cmd를 사용하여 추적을 시작하고 중지하는 방법은 다음과 같다.

sudo trace-cmd record -e sched_switch -e sched_wakeup

추적을 중지하려면 Ctrl+C를 누르십시오.

데이터 분석

추적 데이터는 다음 명령어를 사용하여 분석할 수 있다.

sudo trace-cmd report

Perf

Perf는 하드웨어 이벤트와 소프트웨어 이벤트를 모두 추적할 수 있는 프로파일러이다.

설치 및 사용

Perf를 설치하려면 다음 명령어를 사용한다.

sudo apt-get install linux-perf

성능 분석

성능 분석을 위해 다음과 같은 명령어를 사용할 수 있다.

perf record -a -g
perf report

첫 번째 명령어는 시스템 전체의 성능 데이터를 기록하고, 두 번째 명령어는 기록된 데이터를 기반으로 보고서를 생성한다.

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이 장에서는 Xenomai 실시간 운영체제에서 사용할 수 있는 다양한 실시간 트레이스 도구를 소개하였다. 각 도구의 설치, 설정, 사용 방법을 상세히 설명하였다. 이 정보를 바탕으로 실시간 시스템의 성능과 동작을 분석하고 최적화할 수 있다.

Xenomai 네트워킹 개요

Xenomai는 실시간 애플리케이션에서도 네트워킹 기능을 사용할 수 있도록 지원한다. 이 장에서는 Xenomai 네트워킹의 기본 개념과 실습 예제를 통해 네트워킹을 설정하고 사용해보겠다.

일반 네트워킹과 실시간 네트워킹의 차이

네트워킹은 TCP/IP와 같은 프로토콜을 사용하여 데이터를 교환하는 과정을 말한다. 일반적인 네트워킹에서는 약간의 지연과 패킷 손실이 허용될 수 있지만, 실시간 네트워킹에서는 매우 낮은 지연과 높은 신뢰성이 요구된다. Xenomai 환경에서는 이러한 실시간 요구를 충족하기 위해 특별히 설계된 네트워킹 스택을 사용한다.

Xenomai 네트워킹 아키텍처

Xenomai에서 네트워킹은 RTnet(Real-Time Network)을 통해 지원된다. RTnet은 실시간 커뮤니케이션을 위한 네트워크 프로토콜 스택으로, 전송 지연을 최소화하고 높은 신뢰성을 제공하기 위해 특화된 기능을 갖추고 있다.

RTnet 설치 및 설정

RTnet을 사용하기 위해서는 Xenomai와 함께 설치되어야 한다. 설치 방법은 다음과 같다.

1. Xenomai 소스 코드 다운로드
2. 구성 시 RTnet 옵션 활성화

cd /path/to/xenomai
./configure --with-rtnet
make
sudo make install

1. RTnet 모듈 로드

sudo modprobe rtnet

RTnet 예제: 실시간 UDP 통신

RTnet을 활용하여 실시간 UDP 통신을 설정하는 방법을 알아봅시다.

송신 측 코드

아래는 RTnet을 사용하여 UDP 패킷을 송신하는 예제이다.

#include <rtdm/rtdm.h>
#include <native/task.h>
#include <native/timer.h>
#include <nucleus/types.h>
#include <rtnet.h>
#include <sys/socket.h>

#define PORT 12345
#define IP_ADDR "192.168.1.10"

void send_rtnet()
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (sockfd < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        return;
    }

    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP_ADDR);

    char *message = "Hello, RTnet!";
    sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

    close(sockfd);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    RT_TASK sender_task; 

    rt_task_create(&sender_task, "Sender", 0, 99, 0);
    rt_task_start(&sender_task, &send_rtnet, NULL);

    pause();
    return 0;
}

수신 측 코드

아래는 RTnet을 사용하여 UDP 패킷을 수신하는 예제이다.

#include <rtdm/rtdm.h>
#include <native/task.h>
#include <native/timer.h>
#include <nucleus/types.h>
#include <rtnet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 12345

void receive_rtnet()
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    char buffer[1024];
    socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (sockfd < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        return;
    }

    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("Bind failed");
        close(sockfd);
        return;
    }

    while (1) {
        int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_len);
        buffer[n] = '\0';
        printf("Client : %s\n", buffer);
    }

    close(sockfd);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    RT_TASK receiver_task; 

    rt_task_create(&receiver_task, "Receiver", 0, 99, 0);
    rt_task_start(&receiver_task, &receive_rtnet, NULL);

    pause();
    return 0;
}

중요한 요소

• 실시간 보장: 네트워크 통신에서도 실시간 특성을 보장해야 하므로, 최대한 낮은 지연시간과 높은 신뢰성을 유지해야 한다.
• 성능 최적화: 네트워크 이슈는 전체 시스템의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 최적의 성능을 달성하기 위해 프로토콜과 설정을 세밀하게 조정해야 한다.

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이 장에서는 Xenomai에서 실시간 네트워킹을 설정하고 사용하는 방법에 대해 다루었다. RTnet을 사용하여 실시간 UDP 통신을 구현하는 샘플 코드를 제공하여, 실습을 통해 이해를 돕고자 하였다. 실시간 네트워킹은 다양한 응용 프로그램에서 중요한 요소이며, 이를 통해 고성능과 높은 신뢰성을 보장할 수 있다.