Linux音频系统中的延迟优化实践，兼谈preempt rt和augomagic preemption

中关村东路 · 发表于 2023-11-4 01:34

经常看到有烧友说hifi要降低延迟。很多动手能力强的烧友用上了daphile、snakeoil os、audiolinux/gentooplayer等的rt内核，用上了hqplayer os的低延迟内核，甚至是xenomai内核。有的烧友强化路由器和交换机的性能，获得更低的网络延迟。还有些公司使用带有特别低延迟控制单元的soc，如Bricasti M5/M21用了TI的pru。本帖首先简单介绍这些降低延迟的方案和音频回放的关系，之后介绍我实践的Linux音频系统低延迟优化方案。

1. 什么是延迟，为什么要rt
2. 硬件因素
3. 内核补丁
4. 内核设置
5. 软件设置
6. 小结

norman_lu · 发表于 2023-11-4 10:21

延迟测试对比

1 低延迟内核
gentoo-rpi4 /usr/src # cyclictest  -l 10000 -m -Sp98 -i100 -d0
# /dev/cpu_dma_latency set to 0us
policy: fifo: loadavg: 0.08 0.33 0.17 2/108 7829

T: 0 ( 7826) P:98 I:100 C:  10000 Min:    8 Act: 9 Avg: 9 Max:    60
T: 1 ( 7827) P:98 I:100 C: 9936 Min:    8 Act: 9 Avg: 9 Max:    16
T: 2 ( 7828) P:98 I:100 C: 9823 Min:    7 Act: 9 Avg: 8 Max:    14
T: 3 ( 7829) P:98 I:100 C: 9691 Min:    9 Act: 9 Avg: 9 Max:    30

2 automagic内核（做了内核隔离，所以只有三cpu的测试结果）
GentooRed /usr/src/linux # cyclictest  -l 10000 -m -Sp98 -i100 -d0
WARN: stat /dev/cpu_dma_latency failed: No such file or directory
policy: fifo: loadavg: 0.97 0.43 0.16 1/124 25456

T: 0 (25454) P:98 I:100 C:  10000 Min:    4 Act: 4 Avg: 4 Max:    26
T: 1 (25455) P:98 I:100 C: 9942 Min:    4 Act: 5 Avg: 5 Max:    61
T: 2 (25456) P:98 I:100 C: 9839 Min:    4 Act: 5 Avg: 4 Max:    27

中关村东路 · 发表于 2023-12-16 20:58

本帖最后由中关村东路于 2023-12-16 21:36 编辑

补充三组数据，图1是我树莓派4(cm)上的，延迟2/3/2/22；图2是audiolinux在树莓派5下超频到2800的数据2/3/2/10（多组数据取最优）；图3是m1p的数据，作为一台普通或者高性能电脑的数据，比优化过的延迟差距是很大的。这么看的话，

1. 树莓派5可能未必是一个好的选择了，一方面性能可能提升有限，另一方面引入南桥芯片管理包括usb、网卡等等在内的“低速设备”

2. 当然了，如图2 audiolinux的说法，他的树莓派4b延迟是树莓派5的4-5倍，那就是8/12/8/40……如果用我的配置，树莓派5可能也会是个不错的选择

3. 最终用哪个还是要靠听感的，优化延迟就是随便玩玩

图1，我的配置下树莓派4(cm)延迟测试，2/3/2/22

图2，audiolinux树莓派5延迟测试，2/3/2/10

图3，看看正常数据是什么样的，apple silicon来被吊打

arunayang · 发表于 2024-11-11 21:15

感谢楼主发这么好的技术贴，等有时间自己编译个rt内核玩玩。

中关村东路 · 发表于 2024-6-5 21:40

中关村东路发表于 2023-12-16 20:58
补充三组数据，图1是我树莓派4(cm)上的，延迟2/3/2/22；图2是audiolinux在树莓派5下超频到2800的数据2/3/2/ ...

树莓派5延迟，比al的低多了...

中关村东路 · 发表于 2024-2-26 14:21

xbt123ufo 发表于 2024-2-26 13:29
随便优化了一下Chromebook，延迟测试的数据就比audiolinux的树莓派5的数据低了

恭喜恭喜

xbt123ufo · 发表于 2024-2-26 13:29

随便优化了一下Chromebook，延迟测试的数据就比audiolinux的树莓派5的数据低了

xbt123ufo · 发表于 2024-2-26 13:23

按照楼主的方法，我给我的Chromebook，编译了实时内核，开启Automagic模式，打了cpu优化补丁，另外简单修改了一些选项，rootfs分区用void linux官网提供的rootfs。相比没有优化的通用内核，感觉音乐更有节拍感，身体打节拍更带劲了，不知道是不是脑放。

leonjo · 发表于 2024-1-15 16:08

中关村东路发表于 2024-1-15 15:49
主要还是hqplayer naa没提供RTOS的版本吧

这个确实，RTOS很多软件都没是硬伤。

中关村东路 · 发表于 2024-1-15 15:49

leonjo 发表于 2024-1-15 15:34
lz有考虑过用RTOS来试试么。比如QNX

主要还是hqplayer naa没提供RTOS的版本吧

leonjo · 发表于 2024-1-15 15:34

lz有考虑过用RTOS来试试么。比如QNX

中关村东路 · 发表于 2024-1-15 15:27

本帖最后由中关村东路于 2024-1-15 15:31 编辑

clark8888 发表于 2024-1-15 12:36
实时 Linux 内核音质会更好吗? - invalid s的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/530950907/answ ...

首先呢，我所有的帖子都不说音质，只讨论技术问题。其次，你发个这种低智网站的低级程序员发的帖子想说明什么……但凡你稍微读懂了我的原贴也不会把cpu延迟和延迟联系当成一个东西，如果没读懂就不要来污染

clark8888 · 发表于 2024-1-15 12:36

实时 Linux 内核音质会更好吗? - invalid s的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/530950907/answer/3360679626

MusesAudio · 发表于 2023-12-27 11:59

楼主技术NB

中关村东路 · 发表于 2023-12-27 02:23

linang 发表于 2023-12-26 23:21
我也觉得没哪么大，可能想尝试下吧，数据输出时不被中断和干扰是不是会更好些

你如果想折腾一下，建议搞一下cpu隔离，好不好听我不知道，确实是不被干扰，性能也是有提升的尤其是responsiveness。举个例子，树莓派4b/cm4网桥有四个核，一个给乱七八糟的东西"housekeeper"，一个给roon/naa，一个给usb解码器，一个给网卡。隔离之后网卡就不需要和其他线程进程抢cpu时间了。有更多核心也可以类似利用，我的roon core的八核，四个核心加64G内存给了zfs，另外四个核心和32G内存给roon core。
可参考我在本站的帖子【1】"Roon系统硬核安装笔记"，先看目录直接找想要的段落即可。也可以参考ubuntu的手册【2】，opensuse的手册【3】，方案都是类似的，并不必须是实时内核才能用。
【1】http://erji.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2253401
【2】https://ubuntu.com/blog/real-time-kernel-tuning
【3】https://www.suse.com/c/cpu-isolation-introduction-part-1/

linang · 发表于 2023-12-26 23:21

中关村东路发表于 2023-12-26 23:14
算错了吧，印象中dsd512应该是和100M网卡一个数量级的。我有时候升dsd1024，有时候升dsd512，树莓派的千 ...

我也觉得没哪么大，可能想尝试下吧，数据输出时不被中断和干扰是不是会更好些

中关村东路 · 发表于 2023-12-26 23:14

linang 发表于 2023-12-26 23:03
hqplayered输出DSD512数据时，达到500MB，网线要输出又输入会造成拥堵，这时有必要让hq网络输出子进程独 ...

算错了吧，印象中dsd512应该是和100M网卡一个数量级的。我有时候升dsd1024，有时候升dsd512，树莓派的千兆网卡就可以搞定

linang · 发表于 2023-12-26 23:03

中关村东路发表于 2023-12-25 22:25
kidding，archlinux用的systemd，可以实现这个功能，改一下hqplayerd的systemd文件应该就可以，我没有arc ...

hqplayered输出DSD512数据时，达到500MB，网线要输出又输入会造成拥堵，这时有必要让hq网络输出子进程独占一个网口是有必要的，对吗

lalekuku · 发表于 2023-12-26 15:29

atioox 发表于 2023-12-26 00:22
音乐回放而言，时延平稳比时延低更有意义
当然，现实是，更多的设备只是模拟输出没做好，而不是什么时钟ji ...

你似乎把播放时延跟实时系统的内部处理延迟搞混了

中关村东路 · 发表于 2023-12-26 01:21

atioox 发表于 2023-12-26 00:22
音乐回放而言，时延平稳比时延低更有意义
当然，现实是，更多的设备只是模拟输出没做好，而不是什么时钟ji ...

嗯，我在绿檀所有帖子都不讨论听感，只说一个目标如何实现。不过如果你观察一下就会发现，延迟低和延迟的方差低（因为所有延迟都在一个很低的水平上）基本是正相关的

atioox · 发表于 2023-12-26 00:22

音乐回放而言，时延平稳比时延低更有意义
当然，现实是，更多的设备只是模拟输出没做好，而不是什么时钟jitter，处理延迟影响了听感

中关村东路 · 发表于 2023-12-25 22:25

linang 发表于 2023-12-25 16:24
楼主你好，我主板是双网口，安装arch linux ,能不能实现hqplayer输出独占或优先使用一个网口

kidding，archlinux用的systemd，可以实现这个功能，改一下hqplayerd的systemd文件应该就可以，我没有archlinux无法测试了。参考【1】，搜索 RestrictNetworkInterfaces

sudo systemd-run -t -p RestrictNetworkInterfaces=enp0s8 ping 8.8.8.8

复制代码

【1】https://kinvolk.io/blog/2021/04/extending-systemd-security-features-with-ebpf/

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