2026 年初，Linux 官方宣布 6.12 版本成为长期支持（LTS）内核，并首次全面合入 PREEMPT_RT 实时补丁集。我们一起分析下 PREEMPT_RT 个什么东西，以及它的原理、内核改造策略、实时调度机制，以及工业应用中的部署实践。
1. Linux 6.12 LTS 背景
Linux 内核每一次迭代都受到企业和开发者广泛关注。Linux 6.12 LTS 的发布不仅意味着 长期维护保障，更引入了 PREEMPT_RT 补丁集，使 Linux 内核具备了工业级实时能力。
LTS 版本的核心优势在于稳定性和可维护性，企业无需频繁升级即可获得安全更新和 bug 修复。这对于工业自动化、机器人控制、嵌入式系统尤为重要。PREEMPT_RT 的加入意味着 Linux 内核可以在高实时性场景下取代专用 RTOS，实现 微秒级响应与可控延迟。
企业可使用 Linux 6.12 LTS 构建工业实时平台，降低成本和系统架构复杂性。
2. PREEMPT_RT 设计理念与目标
图 2：实时任务调度与抢占模型
传统 Linux 内核设计偏向吞吐量和公平调度，存在不可抢占路径。PREEMPT_RT 的目标是将内核转为 高度可抢占的系统，实现高优先级任务的及时响应。
核心改造包括：
可抢占内核：最大化减少不可抢占代码段
实时互斥锁（rtmutex）：支持优先级继承，解决优先级反转
中断线程化：IRQ/SoftIRQ 转为可调度线程
实时调度策略支持：原生支持 POSIX SCHED_FIFO 与 SCHED_RR
这些改造保证了系统最大调度延迟可控，为工业实时任务提供可预测执行环境。
3. 内核可抢占与锁机制改造
图 3：锁机制与可抢占内核示意
PREEMPT_RT 将原不可抢占自旋锁替换为 睡眠锁 和 实时互斥锁，配合优先级继承机制，确保高优先级任务不会因锁等待而被长时间阻塞。
内核可抢占性改造使实时任务在微秒级延迟下即可获得执行权，满足工业控制实时性要求。
4. 中断与软中断线程化（IRQ/SoftIRQ）
图 4：中断线程化示意
在标准内核中，中断执行不可抢占，会阻塞高优先级任务(内核开发者应该知道的)。PREEMPT_RT 将硬中断和软中断封装为 内核线程，可设置优先级并由调度器管理，实现中断与实时任务协调。
线程化中断带来三大优势：
可调度优先级，实时任务可抢占中断线程
减少最大延迟峰值
提升调试可观测性
对工业控制场景来说，这保证了外设事件处理不会打乱实时任务的调度节奏。
5. 调度策略与延迟控制
PREEMPT_RT 配合 SCHED_FIFO 与 SCHED_RR 实现实时调度，优先级高的任务可直接获得 CPU 执行权。为降低调度抖动，可采用以下策略：
通过这些方法，Linux 最大调度延迟可控制在几十微秒级，工业应用可获得可预测行为。
6. 性能优化
CPU 核心隔离：这里也可以隔离单个核
中断线程优先级配置：实时任务优先于大多数 IRQ 线程
内核参数调优：
启用 CONFIG_PREEMPT_RT_FULL=y，调整 sched_rt_runtime_us
性能测试：
使用 cyclictest、latencytop 和 perf/ftrace
实时调优结合 PREEMPT_RT，工业控制和机器人系统延迟可显著降低，保证系统稳定运行。
7. 典型应用场景与实施价值
PREEMPT_RT 在工业场景的典型应用包括：
工业自动化：PLC 控制、生产线实时调度
机器人控制：运动精度与路径规划
嵌入式系统：无人机、汽车电子
网络通信：低延迟 TSN 协议实现
通过实时内核和优化措施，Linux 系统能够保证任务在严格时间窗口内完成，提高工业应用安全性和可靠性。
8. 最后
Linux 6.12 LTS 集成 PREEMPT_RT 实时内核，是 Linux 在工业控制领域的里程碑。
内核可抢占、锁机制改造、线程化中断
实时调度策略与调优实践
微秒级最大延迟控制
这标志着 Linux 已成为工业控制、机器人、嵌入式实时系统可用的成熟平台。
