Linuxカーネルのレイテンシ

先のエントリで、最近のLinuxではレイテンシは数msecらしいと書きましたが、その元情報は、ネットで見つけた "Realtime Audio vs. Linux 2.6"という論文です。

これは、昨年4月に開かれたLAC(Linux Audio Conference)2006という会議でLee Revellという人が発表したもので、2.6カーネルでのレイテンシの改善に向けた開発がどのように行われてきたかという内容になっています。オーディオコミュニティとカーネル開発者との協力によって、論文発表時点での最新カーネル(2.6.17-rc2)では、worst caseで1-2msec程度にレイテンシを抑えることが出来ているとのことです。また、さらに低レイテンシを実現するためのrealtimeパッチも開発されていて、これを用いると50μsec近くまで縮めることができると述べられています。

他にも実測データなどを含め、ネット上で多くの情報が見つかりますが、まだよく飲み込めていません。

一方、dttsp-linuxというメーリングリストで、Ubuntuには2.6.xx-lowlantencyというカーネルのパッケージがあって、なかなかいいよ、という投稿がありました。ちなみにdttspというのは、PowerSDRの信号処理のコアとなっているライブラリで、dttsp-linux MLでは、それに関する話題の他にも色々面白い議論や情報も出ますので、SDRのソフトウェアに興味のある方は是非参加されると良いと思います。
さっそく私もそのパッケージをインストールしてみました。インストールは普通にアップデートマネージャから出来ますし、デフォルトのカーネルとどちらでもブートできるようになるので特にリスクもありません。

MLの投稿ではjackdをsampling rate = 48kHz, frames/period = 64, periods/buffer = 2で起動して、ほぼ取りこぼしがなかったと報告されていました。このバッファリングによるレイテンシは、2.67msecということになります。

私も同じようにjackdを起動し、dttsp(sdr-core)を動かそうとしたのですが、まともに動作させることができていません。jackd自体はbuffer overrunしていないようなのですが、dttspの方とのやりとりで取りこぼしているような感じです。結局いまのところ通常のカーネルのときと同じようにframes/period = 2048で動作させています。

ところで、デフォルトカーネルとlowlatencyカーネルとconfigの何が違うのかをざっと見たのですが、カーネルプリエンプションの設定が違うようです。

Ubuntuデフォルトのカーネルでは、

CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY=y

であるのに対して、

lowlantencyカーネルでは、

CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY=n
CONFIG_PREEMPT=y
CONFIG_PREEMPT_BKL=y

となっています。どういう違いがあるのかを簡単に説明する能力は無いのですが、lowlatencyカーネルの方が、カーネルモードでのプリエンプション(タスク切り替え)がより細かい粒度で行われるので、低いレイテンシが期待できるということのようです。

また、OSADLのページ によると、realtimeパッチを当てたカーネルに関しても最近ではパッケージが提供されているようです。