Изоляция ядра для alpha.hmi.viewer

Откройте папку setup-alpha-cpu-isolation и скачайте setup-alpha-cpu-isolation.sh

Назначение

Скрипт выделяет физическое ядро для alpha.hmi.viewer, независимо от пользователя и способа запуска процесса. По умолчанию выбирается логический CPU 2; при включённом Hyper-Threading учитываются оба потока физического ядра. Настройка сохраняется после перезагрузок и обновлений ОС, а изменение Hyper-Threading в BIOS обрабатывается автоматически. Для установки перейдите к шагу 1. Принцип работы описан в конце статьи.

1. Установка и первичная настройка

Скопируйте setup-alpha-cpu-isolation.sh на машину. Откройте терминал в папке со скриптом и выдайте право на выполнение:
Terminal window
```
chmod +x setup-alpha-cpu-isolation.sh
```
Выполните sudo ./setup-alpha-cpu-isolation.sh и выберите пункт «1 Установить / настроить изоляцию».
Введите номер BASE CPU (по умолчанию 2). При включённом HT оба потока физического ядра будут изолированы автоматически.
Перезагрузите машину по запросу установщика или в запланированное время. До перезагрузки изоляция ядра не действует.
После перезагрузки проверьте состояние изоляции по пункту 2.2.

Установщик можно запускать повторно: резервная копия grub.default.orig создаётся только один раз — до самых первых изменений.

2. Повседневная эксплуатация

Главное меню установщика изоляции CPU

2.1 Изменение параметров

Чтобы выбрать другое ядро, откройте пункт 1 меню, введите новый номер BASE CPU и перезагрузите машину.

Выбор BASE CPU

Результат настройки изоляции CPU

Если изменилось имя процесса, отредактируйте PROCESS_PATTERN в /etc/alpha-cpu-isolate.conf и выполните systemctl restart alpha-pin. Учтите: следующая установка пересоздаёт конфиг с шаблоном по умолчанию.

2.2 Проверка состояния

В главном меню выберите «2 Показать статус». Проверьте список изолированных CPU, параметр isolcpus в командной строке ядра и состояние служб topology, irq, pin. В штатном режиме топология отмечена как «СОВПАДАЕТ», службы — active. Если показано «РАСХОЖДЕНИЕ», выполните действия из раздела 3.

Статус изоляции CPU и служб

2.3 Откат

Выберите «3 Откатить все изменения». Установщик остановит и удалит службы и скрипты, восстановит /etc/default/grub из grub.default.orig, пересоберёт grub, вернёт irqbalance в исходное состояние и удалит резервные копии. Требуется перезагрузка для возврата ядер системе.

Подтверждение отката

Завершение отката и необходимость перезагрузки

Запрос перезагрузки

3. Регламентные ситуации

Событие	Действия оператора
Переключили HT в BIOS	При первой загрузке применяются временная защита и автоматическая правка GRUB. Проверьте `journalctl -t alpha-cpu`. Если статус показывает «РАСХОЖДЕНИЕ», перезагрузите машину ещё раз: после второй загрузки ожидается «СОВПАДАЕТ».
Обновление ОС / ядра	После обновления проверьте состояние по пункту 2.2 (grub регенерируется из `/etc/default/grub`, параметр сохраняется). Проверить `grep -c isolcpus /boot/grub/grub.cfg`
Вернулся `irqbalance` после обновления пакета	`systemctl is-enabled irqbalance` → если enabled: `systemctl disable --now irqbalance`
Повреждён `/etc/default/grub` (ошибка с кавычкой/апострофом)	Установщик не даст продолжать (проверка `bash -n`). Выполнить откат (пункт 3) или вручную `cp /var/lib/alpha-cpu-isolate/grub.default.orig /etc/default/grub`, затем установка заново
Viewer сменил имя/путь запуска	Проверить `pgrep -af 'alpha'`, при необходимости обновить `PROCESS_PATTERN` (п. 2.1)

4. Неисправности и устранение

Симптом	Причина	Устранение
Пользовательские процессы на CPU 2, `nproc` не уменьшен	Ядро загружено без isolcpus	`grep isolcpus /proc/cmdline`; если пусто: `grep -c isolcpus /boot/grub/grub.cfg` (0 → `update-grub`), затем перезагрузка
Viewer не на изолированном ядре	Демон не активен или шаблон не соответствует имени процесса	`systemctl status alpha-pin`; `pgrep -af PROCESS_PATTERN`; журнал службы
IRQ приходят на изолированное ядро	Служба IRQ не отработала / включён `irqbalance`	`systemctl status alpha-irq-isolate`; `systemctl is-enabled irqbalance`
Статус: «РАСХОЖДЕНИЕ» топологии	Смена HT без второй перезагрузки	Штатно: одна дополнительная перезагрузка
Установка прерывается сообщением о повреждённом grub	Ручная правка файла с несбалансированными кавычками	Откат (пункт 3) или восстановление из `grub.default.orig`
После отката ядра всё равно изолированы	Откат выполнен без перезагрузки	Перезагрузка

5. Особенности работы

Per-CPU потоки ядра на изолированном ядре остаются всегда (см. «Служебные потоки ядра») — это норма, нагрузка ≈0 %.
В описанной сборке Astra не используются nohz_full/rcu_nocbs (CONFIG_NO_HZ_FULL не собран); простои ядра гасятся механизмом NO_HZ_IDLE.
Managed IRQ многоочередных устройств (NVMe, multi-queue NIC) управляются ядром и могут не принимать ручную маску; остаточные прерывания на изолированном ядре возможны, но редки. Для таких прерываний предусмотрен параметр isolcpus=managed_irq,N. Его результат зависит от масок очередей устройства; проверяйте фактическое распределение прерываний.
Параметр isolcpus читается ядром только при загрузке, поэтому изоляция параметром isolcpus после смены топологии всегда вступает со следующей перезагрузки; до перезагрузки действует временная защита.
Демон привязки даёт окно ≤0,2 с после старта alpha.hmi.viewer (на изолированное ядро в это время никто не попадает).
Номер BASE CPU — индекс логического CPU; при изменении нумерации CPU в BIOS скрипт автоматически обновляет список потоков, но индекс остаётся заданным.
Файл /etc/default/grub.bak, созданный ручными командами ранее, grub’ом не читается и на работу не влияет; может быть удалён.

Как устроена изоляция CPU

Служебные CPU (housekeeping) используются для остальных задач системы. Изолированные CPU выделяются для alpha.hmi.viewer.

Состав системы

Объект	Назначение
`/etc/default/grub → GRUB_CMDLINE_LINUX="isolcpus=…"`	параметр ядра: вывод ядра из планировщика
`/etc/alpha-cpu-isolate.conf`	конфигурация: `BASE_CPU`, `PROCESS_PATTERN`, вычисленные `ISOLATED_CPUS`, `HOUSEKEEPING_CPUS`, `HT_STATUS`
`alpha-topology.service` + `/usr/local/sbin/alpha-topology-resolve.sh`	однократный запуск при загрузке: проверка топологии HT, корректировка GRUB и временная защита
`alpha-irq-isolate.service` + `/usr/local/sbin/alpha-irq-isolate.sh`	однократный запуск при загрузке: маски IRQ без изолированных CPU
`alpha-pin.service` + `/usr/local/sbin/alpha-pin.sh`	постоянно работающая служба: привязка всех потоков viewer к изолированным CPU
`/var/lib/alpha-cpu-isolate/`	резервные копии: `grub.default.orig` (до первой установки), `grub.default.prev`, `irqbalance.state`
`/run/alpha-cpu-topology-changed`	флаг «при этой загрузке обнаружена смена HT» (живёт до перезагрузки)
`setup-alpha-cpu-isolation.sh`	установщик с меню (установка / статус / откат)

Планирование задач

Параметр isolcpus исключает выбранные CPU из обычной балансировки задач. Закрепление alpha.hmi.viewer на этих CPU выполняет служба alpha-pin.service через affinity-маски потоков. Остальные задачи ограничиваются служебными CPU настройками системы и скриптов изоляции.

Описание параметра и управления affinity приведено в документации ядра Linux.

Прерывания

Служба alpha-irq-isolate.service настраивает маски прерываний, исключая из них изолированные CPU. В Linux список CPU отдельного IRQ задаётся через /proc/irq/<IRQ>/smp_affinity_list, а начальная маска новых IRQ — через /proc/irq/default_smp_affinity. Служба irqbalance отключается, чтобы не перераспределять IRQ поверх этих настроек. Маски задаются заново при каждой загрузке.

Устройства с управляемыми ядром IRQ учитываются отдельно, как описано в разделе 5. Интерфейсы IRQ описаны в документации ядра Linux.

Привязка процесса

Служба alpha-pin.service работает от root и обрабатывает процессы любого пользователя. Каждые 0,2 с она:

находит процессы через pgrep -f PROCESS_PATTERN;
для каждого потока (/proc/PID/task/*) ставит taskset -pc ISOLATED_CPUS. Affinity — маска доступных CPU для потока. Новые потоки наследуют маску родителя. До очередной проверки viewer работает с унаследованной маской служебных CPU.

Контроль топологии

При каждой загрузке скрипт проверки топологии сравнивает фактические потоки физического ядра (/sys/.../cpu$BASE_CPU/topology/thread_siblings_list) с тем, что реально загружено в ядро (isolcpus= из /proc/cmdline), в нормализованном виде (сортировка списков).

Топология совпадает — система работает в штатном режиме, конфигурация обновляется.

Расхождение (HT включили/выключили в BIOS):

конфиг переписывается фактическим списком потоков (1 или 2 CPU);
/etc/default/grub правится и grub.cfg пересобирается на следующую загрузку;
на время текущей загрузки применяется временная защита: affinity PID 1 сужается до housekeeping (все будущие потомки systemd наследуют маску без изолированных CPU), все существующие потоки с маской, пересекающей изолированные CPU, переносятся на housekeeping-CPU (кроме viewer), маски unbound-workqueue сужаются;
ставится флаг /run/alpha-cpu-topology-changed и пишется событие в журнал (logger -t alpha-cpu). Итог: текущая загрузка защищена affinity-механизмом, при следующей загрузке параметр isolcpus уже охватывает оба потока.

Порядок при загрузке

1) GRUB → ядро с isolcpus= НОМЕР ЯДРА
  2) → sysinit.target
    3) → alpha-topology.service   (сверка топологии, при необходимости временная защита + правка GRUB)
      4) → alpha-irq-isolate.service  (маски IRQ)
      5) → alpha-pin.service          (демон привязки, работает постоянно)

Служебные потоки ядра

Per-CPU потоки ядра с индексом ядра в имени: ksoftirqd/2, migration/2, cpuhp/2, idle_inject/2, kworker/2:*. Ядро создаёт их на каждом CPU, они закреплены за своим ядром и простаивают (0,0 %). Это не нарушение изоляции. Пользовательских процессов, кроме потоков alpha.hmi.viewer, на изолированном ядре быть не должно.

К разделу Astra Linux