Linux核心學習筆記八——定時器和時間管理

一 核心中的時間觀念

       核心在硬體的協助下計算和行政時間。硬體為核心提供一個系統定時器用以計算流逝的時間。系

 統定時器以某種頻率自行觸發，產生時鐘中斷，進入核心時鐘中斷處理常式中進行處理。

       牆上時間和系統已耗用時間根據時鐘間隔來計算。

利用時間中斷周期執行的工作：

       更新系統已耗用時間；

       更新實際時間；

       在smp系統上，均衡發送器中各處理器上運行隊列；

       檢查當前進程是否用盡了時間片，重新進行調度；

       運行逾時的動態定時器；

       更新資源消耗和處理器時間的統計值；

二 節拍率

       系統定時器的頻率；通過靜態預先處理定義的——HZ；系統啟動按照HZ值對硬體進行設定。體繫結構不同，HZ值也不同；HZ可變的。

　　　　//核心程式的時間頻率

　　　　#define HZ 1000

提高節拍率中斷產生更加頻繁帶來的好處：

       提高時間驅動事件的解析度；

       提高時間驅動事件的準確度；

       核心定時器以更高的頻度和準確度；

       依賴頂上執行的系統調用poll()和select()能更高的精度運行；

       系統時間測量更精細；

       提高進程搶佔的準確度；

提高節拍率帶來的副作用：

       中斷頻率增高系統負擔增加；

       中斷處理常式佔用處理器時間增多；

       頻繁打斷處理器快取；

節拍率HZ值需要在其中進行平衡。

 

三 jiffies

　　jiffies：全域變數，用來記錄自系統啟動以來產生的節拍總數。啟動時核心將該變數初始化為0；

此後每次時鐘中斷處理常式增加該變數的值。每一秒鐘中斷次數HZ，jiffies一秒內增加HZ。系統已耗用時間 = jiffie/HZ.

jiffies用途：計算流逝時間和時間管理

jiffies內部表示：

              extern u64 jiffies_64;

              extern unsigned long volatile jiffies;     //位長更系統有關32/64

　　32位：497天后溢出

　　64位：……

      

//0.5秒後逾時unsigned long timeout = jiffies + HZ/2;……//注意jiffies值溢出迴繞用宏time_before 而非 直timeout > jiffiesif(time_before(jiffies,timeout)){       //沒有逾時}else{       //逾時}

 

四 硬時鐘和定時器

　　兩種裝置進行計時：系統定時器和系統時鐘。

系統時鐘（RTC）：用來持久存放系統時間的裝置，即便系統關閉後，靠主板上的微型電池提供電力保持系統的計時。

　　　　系統啟動核心通過讀取RTC來初始化牆上時間，改時間存放在xtime變數中。

系統定時器：核心定時機制，註冊中斷處理常式，周期性觸發中斷，響應中斷處理常式，進行處理執行以下工作：

　　l  獲得xtime_lock鎖，訪問jiffies和更新牆上時間xtime；

　　l  更新系統時鐘；

　　l  更新資源統計值：當前進程耗時，系統時間等；

　　l  執行已到期的動態定時器；

　　l  執行scheduler_tick（）

 

//中斷處理常式    irqreturn_t timer_interrupt(int irq, void *dev){    //ticks have passed    long nticks;    xtime_update(nticks);    while (nticks--)           update_process_times(user_mode(get_irq_regs()));    return IRQ_HANDLED;} void xtime_update(unsigned long ticks){    //seq鎖    write_seqlock(&xtime_lock);    do_timer(ticks);    write_sequnlock(&xtime_lock);}void do_timer(unsigned long ticks){    jiffies_64 += ticks;    //更新牆上時間 ——實際時間    update_wall_time();    calc_global_load(ticks);} void update_process_times(int user_tick){    struct task_struct *p = current;    //計算當前進程執行時間    account_process_tick(p, user_tick);    //觸發非強制中斷TIMER_SOFTIRQ 逾時的timer    run_local_timers();    //計算進程時間片    scheduler_tick();}

 

五 定時器

       定時器：管理核心程式的時間的基礎，推後或執行時間執行某些代碼。

定時器資料結構：

struct timer_list {              struct list_head entry;              //定時值基於jiffies              unsigned long expires;              //定時器內部值              struct tvec_base *base;              //定時器處理函數              void (*function)(unsigned long);              //定時器處理函數參數              unsigned long data;              ……       };

 

定時器使用：

    struct timer_list my_timer;       //初始化定時器       init_timer(&my_timer);       ……             //啟用定時器       add_timer(&my_timer);       //刪除定時器       del_timer(my_timer);       ……

 

六 順延強制

       使用定時器和下半部機制延遲執行任務。還有其他順延強制的機制：

忙等待：

       利用節拍，精確率不高

       unsigned long delay = jiffies + 2*HZ ; //2秒 節拍整數倍才行；

       while(time_before(jiffies,delay))

              ;

短延遲：延遲時間精確到毫秒，微妙；短暫等待某個動作完成時,比時鐘節拍更短；依靠數次迴圈達到延遲效果。

       void udelay(unsigned long usecs)

       void mdelay(unsigned long msecs)

 

schedule_timeout()延遲：使執行的任務睡眠指定時間，達到延遲

 

signed long __sched schedule_timeout(signed long timeout){       struct timer_list timer;       unsigned long expire;       switch (timeout)       {      　　 case MAX_SCHEDULE_TIMEOUT:              //無限期睡眠              schedule();              goto out;       　　default:              if (timeout < 0) {                     current->state = TASK_RUNNING;                     goto out;              }       }       //逾時時間       expire = timeout + jiffies;       //初始化一個timer定時器 參數current task       setup_timer_on_stack(&timer, process_timeout, (unsigned long)current);       __mod_timer(&timer, expire, false, TIMER_NOT_PINNED);       schedule();       del_singleshot_timer_sync(&timer);        /* Remove the timer from the object tracker */       destroy_timer_on_stack(&timer);       timeout = expire - jiffies;  out:       return timeout < 0 ? 0 : timeout;}static void process_timeout(unsigned long __data){       //喚醒被睡眠的任務       wake_up_process((struct task_struct *)__data);}