一:前言
時(shí)鐘是整個(gè)操作系統的脈搏,它為進(jìn)程的時(shí)間片調度,定時(shí)事件提供了依據.另外,用戶(hù)空間的很多操作都依賴(lài)于時(shí)鐘,例如select.poll,make.操作系統管理的時(shí)間為分兩種,一種稱(chēng)為當前時(shí)間,也即我們日常生活所用的時(shí)間.這個(gè)時(shí)間一般保存在CMOS中.主板中有特定的芯片為其提供計時(shí)依據.另外一種時(shí)間稱(chēng)為相對時(shí)間.例如系統運行時(shí)間.顯然對計算機而然,相對時(shí)間比當前時(shí)間更為重要.
二:與時(shí)鐘有關(guān)的硬件處理.
1):實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)
該時(shí)鐘獨立于CPU和其它芯片.即使PC斷電,該時(shí)鐘還是繼續運行.該計時(shí)由一塊單獨的芯片處理,并把時(shí)鐘值存放CMOS.該時(shí)間可參在IRQ8上周期性的產(chǎn)生時(shí)間信號.頻率在2Hz ~ 8192Hz之間.但在linux中,只是用RTC來(lái)獲取當前時(shí)間.
2):時(shí)間戳計時(shí)器(TSC)
CPU附帶了一個(gè)64位的時(shí)間戳寄存器,當時(shí)鐘信號到來(lái)的時(shí)候.該寄存器內容自動(dòng)加1
3):可編程中斷定時(shí)器(PIC)
該設備可以周期性的發(fā)送一個(gè)時(shí)間中斷信號.發(fā)送中斷信號的間隔可以對其進(jìn)行編程控制.在linux系統中,該中斷時(shí)間間隔由HZ表示.這個(gè)時(shí)間間隔也被稱(chēng)為一個(gè)節拍(tick).
4):CPU本地定時(shí)器
在處理器的本地APIC還提供了另外的一定定時(shí)設備.CPU本地定時(shí)器也可以單次或者周期性的產(chǎn)生中斷信號.與上次描述的PIC相比.它有以下幾點(diǎn)的區別:
APIC本地計時(shí)器是32位.而PIC是16位.由此APIC本地計時(shí)器可以提供更低頻率的中斷信號
本地APIC只把中斷信號發(fā)送給本地CPU.而PIC發(fā)送的中斷信號任何CPU都可以處理
APIC定時(shí)器是基于總線(xiàn)時(shí)鐘信號的.而PIC有自己的內部時(shí)鐘振蕩器
5):高精度計時(shí)器(HPET)
在linux2.6中增加了對HPET的支持.HPET是一種由微軟和intel聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新型定時(shí)芯片.該設備有一組寄時(shí)器,每個(gè)寄時(shí)器對應有自己的時(shí)鐘信號,時(shí)鐘信號到來(lái)的時(shí)候就會(huì )自動(dòng)加1.
實(shí)際上,在intel多理器系統與單處理器系統還有所不同:
在單處理系統中.所有計時(shí)活動(dòng)過(guò)由PIC產(chǎn)生的時(shí)鐘中斷信號觸發(fā)的
在多處理系統中,所有普通活動(dòng)是由PIC產(chǎn)生的中斷觸發(fā).所有具體的CPU活動(dòng),都由本地APIC觸發(fā)的.
三:時(shí)鐘中斷相關(guān)代碼分析
time_init()是時(shí)鐘初始化函數,他由asmlinkage void __init start_kernel()調用.具體代碼如下:
//時(shí)鐘中斷初始化
void __init time_init(void)
{
//如果定義了HPET
#ifdef CONFIG_HPET_TIMER
if (is_hpet_capable()) {
/*
* HPET initialization needs to do memory-mapped io. So, let
* us do a late initialization after mem_init().
*/
late_time_init = hpet_time_init;
return;
}
#endif
//從cmos 中取得實(shí)時(shí)時(shí)間
xtime.tv_sec = get_cmos_time();
//初始化wall_to_monotonic
wall_to_monotonic.tv_sec = -xtime.tv_sec;
xtime.tv_nsec = (INITIAL_JIFFIES % HZ) * (NSEC_PER_SEC / HZ);
wall_to_monotonic.tv_nsec = -xtime.tv_nsec;
//選擇一個(gè)合適的定時(shí)器
cur_timer = select_timer();
printk(KERN_INFO "Using %s for high-res timesource\n",cur_timer->name);
//注冊時(shí)間中斷信號處理函數
time_init_hook();
}
該函數從cmos取得了當前時(shí)間.并為調整時(shí)間精度選擇了合適的定時(shí)器
轉入time_init_hook():
void __init time_init_hook(void)
{
//注冊中斷處理函數
setup_irq(0, &irq0);
}
Irq0定義如下:
static struct irqaction irq0 = { timer_interrupt, SA_INTERRUPT, CPU_MASK_NONE, "timer", NULL, NULL};
對應的中斷處理函數為:timer_interrupt():
irqreturn_t timer_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
//因為該函數會(huì )修改xtime的值,為避免多處理器競爭.先加鎖
write_seqlock(&xtime_lock);
//記錄上一次時(shí)間中斷的精確時(shí)間.做調準時(shí)鐘用
cur_timer->mark_offset();
do_timer_interrupt(irq, NULL, regs);
//解鎖
write_sequnlock(&xtime_lock);
return IRQ_HANDLED;
}
核心處理函數為 do_timer_interrupt():
static inline void do_timer_interrupt(int irq, void *dev_id,
struct pt_regs *regs)
{
#ifdef CONFIG_X86_IO_APIC
if (timer_ack) {
spin_lock(&i8259A_lock);
outb(0x0c, PIC_MASTER_OCW3);
/* Ack the IRQ; AEOI will end it automatically. */
inb(PIC_MASTER_POLL);
spin_unlock(&i8259A_lock);
}
#endif
do_timer_interrupt_hook(regs);
//如果要進(jìn)行時(shí)間同步,那就隔一段時(shí)間把當前時(shí)間寫(xiě)回coms
if ((time_status & STA_UNSYNC) == 0 &&
xtime.tv_sec > last_rtc_update + 660 &&
(xtime.tv_nsec / 1000)
>= USEC_AFTER - ((unsigned) TICK_SIZE) / 2 &&
(xtime.tv_nsec / 1000)
<= USEC_BEFORE + ((unsigned) TICK_SIZE) / 2) {
/* horrible...FIXME */
if (efi_enabled) {
if (efi_set_rtc_mmss(xtime.tv_sec) == 0)
last_rtc_update = xtime.tv_sec;
else
last_rtc_update = xtime.tv_sec - 600;
} else if (set_rtc_mmss(xtime.tv_sec) == 0)
last_rtc_update = xtime.tv_sec;
else
last_rtc_update = xtime.tv_sec - 600; /* do it again in 60 s */
}
#ifdef CONFIG_MCA
if( MCA_bus ) {
/* The PS/2 uses level-triggered interrupts. You can't
turn them off, nor would you want to (any attempt to
enable edge-triggered interrupts usually gets intercepted by a
special hardware circuit). Hence we have to acknowledge
the timer interrupt. Through some incredibly stupid
design idea, the reset for IRQ 0 is done by setting the
high bit of the PPI port B (0x61). Note that some PS/2s,
notably the 55SX, work fine if this is removed. */
irq = inb_p( 0x61 ); /* read the current state */
outb_p( irq|0x80, 0x61 ); /* reset the IRQ */
}
#endif
}
我們忽略選擇編譯部份,轉到do_timer_interrupt_hook()
static inline void do_timer_interrupt_hook(struct pt_regs *regs)
{
do_timer(regs);
/*
* In the SMP case we use the local APIC timer interrupt to do the
* profiling, except when we simulate SMP mode on a uniprocessor
* system, in that case we have to call the local interrupt handler.
*/
#ifndef CONFIG_X86_LOCAL_APIC
//更新內核代碼監管器。在每次時(shí)鐘中斷的時(shí)候。取得每一次中斷前的esp，進(jìn)而可以得到運行的函//數地址。這樣就可以統計運行時(shí)間最長(cháng)的函內核函數區域。以便于內核管理者優(yōu)化
profile_tick(CPU_PROFILING, regs);
#else
if (!using_apic_timer)
smp_local_timer_interrupt(regs);
#endif
}
這里有幾個(gè)重要的操作.先看do_timer():
void do_timer(struct pt_regs *regs)
{
// 更新jiffies計數.jiffies_64與jiffies在鏈接的時(shí)候,實(shí)際是指向同一個(gè)區域
jiffies_64++;
#ifndef CONFIG_SMP
/* SMP process accounting uses the local APIC timer */
//更新當前運行進(jìn)程的與時(shí)鐘相關(guān)的信息
update_process_times(user_mode(regs));
#endif
//更新當前時(shí)間.xtime的更新
update_times();
}
Update_process_times（）代碼如下:
void update_process_times(int user_tick)
{
struct task_struct *p = current;
int cpu = smp_processor_id(), system = user_tick ^ 1;
update_one_process(p, user_tick, system, cpu);
//激活時(shí)間軟中斷
run_local_timers();
//減少時(shí)間片。這個(gè)函數涉及到的東西過(guò)多，等到進(jìn)程調度的時(shí)候再來(lái)分析。請關(guān)注本站更新*^_^*
scheduler_tick(user_tick, system);
}
先看update_one_process():
static void update_one_process(struct task_struct *p, unsigned long user,
unsigned long system, int cpu)
{
do_process_times(p, user, system);
//檢查進(jìn)程的定時(shí)器
do_it_virt(p, user);
do_it_prof(p);
}
在這里簡(jiǎn)單介紹一下do_it_virt()與do_it_prof():
這兩個(gè)函數主要檢查用戶(hù)空間的進(jìn)程定時(shí)器是否到期.在進(jìn)程的內存描述符有相關(guān)的字段.如下:
struct task_struct｛
unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;
unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_incr;
struct timer_list real_timer;
}
（1）真實(shí)間隔定時(shí)器（ITIMER_REAL）：這種間隔定時(shí)器在啟動(dòng)后，不管進(jìn)程是否運行，每個(gè)時(shí)鐘滴答都將其間隔計數器減1。當減到0值時(shí)，內核向進(jìn)程發(fā)送SIGALRM信號。結構類(lèi)型task_struct中的成員it_real_incr則表示真實(shí)間隔定時(shí)器的間隔計數器的初始值，而成員it_real_value則表示真實(shí)間隔定時(shí)器的間隔計數器的當前值。由于這種間隔定時(shí)器本質(zhì)上與上一節的內核定時(shí)器時(shí)一樣的，因此Linux實(shí)際上是通過(guò)real_timer這個(gè)內嵌在task_struct結構中的內核動(dòng)態(tài)定時(shí)器來(lái)實(shí)現真實(shí)間隔定時(shí)器ITIMER_REAL的。
（2）虛擬間隔定時(shí)器ITIMER_VIRT：也稱(chēng)為進(jìn)程的用戶(hù)態(tài)間隔定時(shí)器。結構類(lèi)型task_struct中成員it_virt_incr和it_virt_value分別表示虛擬間隔定時(shí)器的間隔計數器的初始值和當前值，二者均以時(shí)鐘滴答次數位計數單位。當虛擬間隔定時(shí)器啟動(dòng)后，只有當進(jìn)程在用戶(hù)態(tài)下運行時(shí)，一次時(shí)鐘滴答才能使間隔計數器當前值it_virt_value減1。當減到0值時(shí)，內核向進(jìn)程發(fā)送SIGVTALRM信號（虛擬鬧鐘信號），并將it_virt_value重置為初值it_virt_incr。具體請見(jiàn)7.4.3節中的do_it_virt()函數的實(shí)現。
（3）PROF間隔定時(shí)器ITIMER_PROF：進(jìn)程的task_struct結構中的it_prof_value和it_prof_incr成員分別表示PROF間隔定時(shí)器的間隔計數器的當前值和初始值（均以時(shí)鐘滴答為單位）。當一個(gè)進(jìn)程的PROF間隔定時(shí)器啟動(dòng)后，則只要該進(jìn)程處于運行中，而不管是在用戶(hù)態(tài)或核心態(tài)下執行，每個(gè)時(shí)鐘滴答都使間隔計數器it_prof_value值減1。當減到0值時(shí)，內核向進(jìn)程發(fā)送SIGPROF信號，并將it_prof_value重置為初值it_prof_incr.
Do_process_times():
static inline void do_process_times(struct task_struct *p,
unsigned long user, unsigned long system)
{
unsigned long psecs;
//p->utime:在用戶(hù)空間所花的時(shí)間
psecs = (p->utime += user);
//p->stime:在系統空間所花的時(shí)間
psecs += (p->stime += system);
//如果運行的時(shí)間片到達
if (psecs / HZ >= p->rlim[RLIMIT_CPU].rlim_cur) {
/* Send SIGXCPU every second.. */
//每秒發(fā)送一個(gè)SIGXCPU
if (!(psecs % HZ))
send_sig(SIGXCPU, p, 1);
/* and SIGKILL when we go over max.. */
//發(fā)送SIGKILL
if (psecs / HZ >= p->rlim[RLIMIT_CPU].rlim_max)
send_sig(SIGKILL, p, 1);
}
}
該函數檢查當前進(jìn)程的時(shí)間片是否到達,如果到達就給當前進(jìn)程發(fā)送SIGKILL和SIGXCPU
do_it_virt()/do_it_prof()檢查過(guò)程的定時(shí)器是否到期.如果到期就給進(jìn)程發(fā)送相應的信號:
static inline void do_it_virt(struct task_struct * p, unsigned long ticks)
{
unsigned long it_virt = p->it_virt_value;
if (it_virt) {
it_virt -= ticks;
if (!it_virt) {
it_virt = p->it_virt_incr;
//發(fā)送SIGVTALRM
send_sig(SIGVTALRM, p, 1);
}
p->it_virt_value = it_virt;
}
}
返回到update_process_times()的其它函數:
run_local_timers()
void run_local_timers(void)
{
raise_softirq(TIMER_SOFTIRQ);
}
激活時(shí)間軟中斷.這個(gè)函數我們在IRQ中斷中已經(jīng)分析過(guò)了,不再贅述
我們在do_timer（）還漏掉了一個(gè)函數：
static inline void update_times(void)
{
unsigned long ticks;
//wall_jiffies:上一次更新的值
ticks = jiffies - wall_jiffies;
if (ticks) {
wall_jiffies += ticks;
//更新xtime
update_wall_time(ticks);
}
//統計TASK_RUNNING TASK_UNINTERRUPTIBLE進(jìn)程數量
calc_load(ticks);
}
四：定時(shí)器
在模塊的編寫(xiě)過(guò)程中，我們經(jīng)常使用定時(shí)器來(lái)等待一段時(shí)間之后再來(lái)執行某一個(gè)操作。為方便分析，寫(xiě)了下列一段測試程序：
#include <linux/config.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/timer.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
void test_timerfuc(unsigned long x)
{
printk("Eric xiao test ......\n");
}
//聲明一個(gè)定個(gè)器
struct timer_list test_timer = TIMER_INITIALIZER(test_timerfuc, 0, 0);
int kernel_test_init()
{
printk("test_init\n");
//修改定時(shí)器到期時(shí)間。為3個(gè)HZ。一個(gè)HZ產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘中斷
mod_timer(&test_timer,jiffies+3*HZ);
//把定時(shí)器加入時(shí)鐘軟中斷處理鏈表
add_timer(&test_timer);
}
int kernel_test_exit()
{
printk("test_exit\n");
return 0;
}
module_init(kernel_test_init);
module_exit(kernel_test_exit);
上面的例子程序比較簡(jiǎn)單，我們從這個(gè)例子開(kāi)始研究linux下的定時(shí)器實(shí)現。
TIMER_INITIALIZER（）：
1):TIMER_INITIALIZER（）用來(lái)聲明一個(gè)定時(shí)器，它的定義如下：
#define TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data) { \
.function = (_function), \
.expires = (_expires), \
.data = (_data), \
.base = NULL, \
.magic = TIMER_MAGIC, \
.lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED, \
}
Struct timer_list定義如下：
struct timer_list {
//用來(lái)形成鏈表
struct list_head entry;
//定始器到達時(shí)間
unsigned long expires;
spinlock_t lock;
unsigned long magic;
//定時(shí)器時(shí)間到達后，所要運行的函數
void (*function)(unsigned long);
//定時(shí)器函數對應的參數
unsigned long data;
//掛載這個(gè)定時(shí)器的tvec_t_base_s.這個(gè)結構我們等會(huì )會(huì )看到
struct tvec_t_base_s *base;
};
從上面的過(guò)程中我們可以看到TIMER_INITIALIZER（）只是根據傳入的參數初始化了struct timer_list結構.并把magic 成員初始化成TIMER_MAGIC
2): mod_timer():修改定時(shí)器的到時(shí)時(shí)間
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
{
//如果該定時(shí)器沒(méi)有定義fuction
BUG_ON(!timer->function);
//判斷timer的magic是否為T(mén)IMER_MAGIC.如果不是,則將其修正為T(mén)IMER_MAGIC
check_timer(timer);
//如果要調整的時(shí)間就是定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間而且已經(jīng)被激活,則直接返回
if (timer->expires == expires && timer_pending(timer))
return 1;
//調用_mod_timer().呆會(huì )再給出分析
return __mod_timer(timer, expires);
}
3): add_timer()用來(lái)將定時(shí)器掛載到定時(shí)軟中斷隊列,激活該定時(shí)器
static inline void add_timer(struct timer_list * timer)
{
__mod_timer(timer, timer->expires);
}
可以看到mod_timer與add_timer 最后都會(huì )調用__mod_timer().為了分析這個(gè)函數,我們先來(lái)了解一下定時(shí)系統相關(guān)的數據結構.
tvec_bases: per cpu變量,它的定義如下:
static DEFINE_PER_CPU(tvec_base_t, tvec_bases) = { SPIN_LOCK_UNLOCKED };
由此可以看到tves_bases的數型數據為teves_base_t.數據結構的定義如下:
typedef struct tvec_t_base_s tvec_base_t;
struct tvec_t_base_s的定義:
struct tvec_t_base_s {
spinlock_t lock;
//上一次運行計時(shí)器的jiffies 值
unsigned long timer_jiffies;
struct timer_list *running_timer;
//tv1 tv2 tv3 tv4 tv5是五個(gè)鏈表數組
tvec_root_t tv1;
tvec_t tv2;
tvec_t tv3;
tvec_t tv4;
tvec_t tv5;
} ____cacheline_aligned_in_smp;
Tves_root_t與tvec_t的定義如下:
#define TVN_BITS 6
#define TVR_BITS 8
#define TVN_SIZE (1 << TVN_BITS)
#define TVR_SIZE (1 << TVR_BITS)
#define TVN_MASK (TVN_SIZE - 1)
#define TVR_MASK (TVR_SIZE - 1)
typedef struct tvec_s {
struct list_head vec[TVN_SIZE];
} tvec_t;
typedef struct tvec_root_s {
struct list_head vec[TVR_SIZE];
} tvec_root_t;
系統規定定時(shí)器最大超時(shí)時(shí)間間隔為0xFFFFFFFF.即為一個(gè)32位數.即使在64位系統上.如果超過(guò)此值也會(huì )將其強制設這oxFFFFFFFF(這在后面的代碼分析中可以看到).內核最關(guān)心的就是間隔在0~255個(gè)HZ之間的定時(shí)器.次重要的是間隔在255~1<<(8+6)之間的定時(shí)器.第三重要的是間隔在1<<(8+6) ~ 1<<(8+6+6)之間的定器.依次往下推.也就是把32位的定時(shí)間隔為份了五個(gè)部份.1個(gè)8位.4個(gè)6位.所以?xún)群硕x了五個(gè)鏈表數組.第一個(gè)鏈表數組大小為8位大小,也即上面定義的 #define TVR_SIZE (1 << TVR_BITS).其它的四個(gè)數組大小為6位大小.即上面定義的#define TVN_SIZE (1 << TVN_BITS)
在加入定時(shí)器的時(shí)候,按照時(shí)間間隔把定時(shí)器加入到相應的數組即可.了解這點(diǎn)之后,就可以來(lái)看__mod_timer()的代碼了:
//修改timer或者新增一個(gè)timer都會(huì )調用此接口
int __mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
{
tvec_base_t *old_base, *new_base;
unsigned long flags;
int ret = 0;
//入口參數檢測
BUG_ON(!timer->function);
check_timer(timer);
spin_lock_irqsave(&timer->lock, flags);
//取得當前CPU對應的tvec_bases
new_base = &__get_cpu_var(tvec_bases);
repeat:
//該定時(shí)器所在的tvec_bases.對于新增的timer.它的base字段為NULL
old_base = timer->base;
/*
* Prevent deadlocks via ordering by old_base < new_base.
*/
//在把timer從當前tvec_bases摘下來(lái)之前,要充分考慮好競爭的情況
if (old_base && (new_base != old_base)) {
//按次序獲得鎖
if (old_base < new_base) {
spin_lock(&new_base->lock);
spin_lock(&old_base->lock);
} else {
spin_lock(&old_base->lock);
spin_lock(&new_base->lock);
}
/*
* The timer base might have been cancelled while we were
* trying to take the lock(s):
*/
//如果timer->base != old_base.那就是說(shuō)在Lock的時(shí)候.其它CPU更改它的值
//那就解鎖.重新判斷
if (timer->base != old_base) {
spin_unlock(&new_base->lock);
spin_unlock(&old_base->lock);
goto repeat;
}
} else {
//old_base == NULl 或者是 new_base==old_base的情況
//獲得鎖
spin_lock(&new_base->lock);
//同理,在Lock的時(shí)候timer會(huì )生了改變
if (timer->base != old_base) {
spin_unlock(&new_base->lock);
goto repeat;
}
}
/*
* Delete the previous timeout (if there was any), and install
* the new one:
*/
//將其從其它的tvec_bases上刪除.注意運行到這里的話(huà),說(shuō)話(huà)已經(jīng)被Lock了
if (old_base) {
list_del(&timer->entry);
ret = 1;
}
//修改它的定時(shí)器到達時(shí)間
timer->expires = expires;
//將其添加到new_base中
internal_add_timer(new_base, timer);
//修改base字段
timer->base = new_base;
//操作完了,解鎖
if (old_base && (new_base != old_base))
spin_unlock(&old_base->lock);
spin_unlock(&new_base->lock);
spin_unlock_irqrestore(&timer->lock, flags);
return ret;
}
internal_add_timer()的代碼如下:
static void internal_add_timer(tvec_base_t *base, struct timer_list *timer)
{
//定時(shí)器到達的時(shí)間
unsigned long expires = timer->expires;
//計算時(shí)間間間隔
unsigned long idx = expires - base->timer_jiffies;
struct list_head *vec;
//根據時(shí)間間隔,將timer放入相應數組的相應位置
if (idx < TVR_SIZE) {
int i = expires & TVR_MASK;
vec = base->tv1.vec + i;
} else if (idx < 1 << (TVR_BITS + TVN_BITS)) {
int i = (expires >> TVR_BITS) & TVN_MASK;
vec = base->tv2.vec + i;
} else if (idx < 1 << (TVR_BITS + 2 * TVN_BITS)) {
int i = (expires >> (TVR_BITS + TVN_BITS)) & TVN_MASK;
vec = base->tv3.vec + i;
} else if (idx < 1 << (TVR_BITS + 3 * TVN_BITS)) {
int i = (expires >> (TVR_BITS + 2 * TVN_BITS)) & TVN_MASK;
vec = base->tv4.vec + i;
} else if ((signed long) idx < 0) {
/*
* Can happen if you add a timer with expires == jiffies,
* or you set a timer to go off in the past
*/
//如果間隔小于0
vec = base->tv1.vec + (base->timer_jiffies & TVR_MASK);
} else {
int i;
/* If the timeout is larger than 0xffffffff on 64-bit
* architectures then we use the maximum timeout:
*/
//時(shí)間間隔超長(cháng),將其設為oxFFFFFFFF
if (idx > 0xffffffffUL) {
idx = 0xffffffffUL;
expires = idx + base->timer_jiffies;
}
i = (expires >> (TVR_BITS + 3 * TVN_BITS)) & TVN_MASK;
vec = base->tv5.vec + i;
}
/*
* Timers are FIFO:
*/
//加入到鏈表末尾
list_add_tail(&timer->entry, vec);
}
計算時(shí)間間隔即可知道要加入到哪一個(gè)數組.哪又怎么計算加入到該數組的那一項呢
對于間隔時(shí)間在0~255的定時(shí)器: 它的計算方式是將定時(shí)器到達時(shí)間的低八位與低八位為1的數相與而成
對于第1個(gè)六位,它是先將到達時(shí)間右移8位.然后與低六位全為1的數相與而成
對于第2個(gè)六位, 它是先將到達時(shí)間右移8+6位.然后與低六位全為1的數相與而成
依次為下推…
在后面結合超時(shí)時(shí)間到達的情況再來(lái)分析相關(guān)部份
4):定時(shí)器更新
每過(guò)一個(gè)HZ,就會(huì )檢查當前是否有定時(shí)器的定時(shí)器時(shí)間到達.如果有,運行它所注冊的函數,再將其刪除.為了分析這一過(guò)程,我們先從定時(shí)器系統的初始化看起.
asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
……
init_timers();
……
}
Init_timers()的定義如下:
void __init init_timers(void)
{
timer_cpu_notify(&timers_nb, (unsigned long)CPU_UP_PREPARE,
(void *)(long)smp_processor_id());
register_cpu_notifier(&timers_nb);
//注冊TIMER_SOFTIRQ軟中斷
open_softirq(TIMER_SOFTIRQ, run_timer_softirq, NULL);
}
timer_cpu_notify()àinit_timers_cpu():
代碼如下:
static void /* __devinit */ init_timers_cpu(int cpu)
{
int j;
tvec_base_t *base;
//初始化各個(gè)數組中的鏈表
base = &per_cpu(tvec_bases, cpu);
spin_lock_init(&base->lock);
for (j = 0; j < TVN_SIZE; j++) {
INIT_LIST_HEAD(base->tv5.vec + j);
INIT_LIST_HEAD(base->tv4.vec + j);
INIT_LIST_HEAD(base->tv3.vec + j);
INIT_LIST_HEAD(base->tv2.vec + j);
}
for (j = 0; j < TVR_SIZE; j++)
INIT_LIST_HEAD(base->tv1.vec + j);
//將最近到達時(shí)間設為當前jiffies
base->timer_jiffies = jiffies;
}
我們在前面分析過(guò),每當時(shí)鐘當斷函數到來(lái)的時(shí)候,就會(huì )打開(kāi)定時(shí)器的軟中斷.運行其軟中斷函數.run_timer_softirq()
代碼如下:
static void run_timer_softirq(struct softirq_action *h)
{
//取得當于CPU的tvec_base_t結構
tvec_base_t *base = &__get_cpu_var(tvec_bases);
//如果jiffies > base->timer_jiffies
if (time_after_eq(jiffies, base->timer_jiffies))
__run_timers(base);
}
__run_timers()代碼如下:
static inline void __run_timers(tvec_base_t *base)
{
struct timer_list *timer;
unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&base->lock, flags);
//因為CPU可能關(guān)閉中斷,引起時(shí)鐘中斷信號丟失.可能jiffies要大base->timer_jiffies 好幾個(gè)
//HZ
while (time_after_eq(jiffies, base->timer_jiffies)) {
//定義并初始化一個(gè)鏈表
struct list_head work_list = LIST_HEAD_INIT(work_list);
struct list_head *head = &work_list;
int index = base->timer_jiffies & TVR_MASK;
/*
* Cascade timers:
*/
//當index == 0時(shí),說(shuō)明已經(jīng)循環(huán)了一個(gè)周期
//則將tv2填充tv1.如果tv2為空,則用tv3填充tv2.依次類(lèi)推......
if (!index &&
(!cascade(base, &base->tv2, INDEX(0))) &&
(!cascade(base, &base->tv3, INDEX(1))) &&
!cascade(base, &base->tv4, INDEX(2)))
cascade(base, &base->tv5, INDEX(3));
//更新base->timer_jiffies
++base->timer_jiffies;
//將base->tv1.vec項移至work_list.并將base->tv1.vec置空
list_splice_init(base->tv1.vec + index, &work_list);
repeat:
//work_List中的定時(shí)器是已經(jīng)到時(shí)的定時(shí)器
if (!list_empty(head)) {
void (*fn)(unsigned long);
unsigned long data;
//遍歷鏈表中的每一項.運行它所對應的函數,并將定時(shí)器從鏈表上脫落
timer = list_entry(head->next,struct timer_list,entry);
fn = timer->function;
data = timer->data;
list_del(&timer->entry);
set_running_timer(base, timer);
smp_wmb();
timer->base = NULL;
spin_unlock_irqrestore(&base->lock, flags);
fn(data);
spin_lock_irq(&base->lock);
goto repeat;
}
}
set_running_timer(base, NULL);
spin_unlock_irqrestore(&base->lock, flags);
}
如果base->timer_jiffies低八位為零.說(shuō)明它向第九位有進(jìn)位.所以把第九位到十五位對應的定時(shí)器搬到前八位對應的數組.如果第九位到十五位為空的話(huà).就到它的上個(gè)六位去搬數據.上面的代碼也說(shuō)明.要經(jīng)過(guò)1<<8個(gè)HZ才會(huì )更新全部數組中的定時(shí)器.這樣做的效率是很高的.
分析下里面的兩個(gè)重要的子函數:
static int cascade(tvec_base_t *base, tvec_t *tv, int index)
{
/* cascade all the timers from tv up one level */
struct list_head *head, *curr;
//取數組中序號對應的鏈表
head = tv->vec + index;
curr = head->next;
/*
* We are removing _all_ timers from the list, so we don't have to
* detach them individually, just clear the list afterwards.
*/
//遍歷這個(gè)鏈表,將定時(shí)器重新插入到base中
while (curr != head) {
struct timer_list *tmp;
tmp = list_entry(curr, struct timer_list, entry);
BUG_ON(tmp->base != base);
curr = curr->next;
internal_add_timer(base, tmp);
}
//將鏈表設為初始化狀態(tài)
INIT_LIST_HEAD(head);
return index;
}
//將list中的數據放入head中,并將list置為空
static inline void list_splice_init(struct list_head *list,
struct list_head *head)
{
if (!list_empty(list)) {
__list_splice(list, head);
INIT_LIST_HEAD(list);
}
}
//將list中的數據放入head
static inline void __list_splice(struct list_head *list,
struct list_head *head)
{
//list的第一個(gè)元素
struct list_head *first = list->next;
//list的最后一個(gè)元素
struct list_head *last = list->prev;
//head的第一個(gè)元素
struct list_head *at = head->next;
將first對應的鏈表鏈接至head
first->prev = head;
head->next = first;
//將head 原有的數據加入到鏈表末尾
last->next = at;
at->prev = last;
}
5):del_timer()刪除定時(shí)器
//刪除一個(gè)timer
int del_timer(struct timer_list *timer)
{
unsigned long flags;
tvec_base_t *base;
check_timer(timer);
repeat:
base = timer->base;
//該定時(shí)器沒(méi)有被激活
if (!base)
return 0;
//加鎖
spin_lock_irqsave(&base->lock, flags);
//如果在加鎖的過(guò)程中,有其它操作改變了timer
if (base != timer->base) {
spin_unlock_irqrestore(&base->lock, flags);
goto repeat;
}
//將timer從鏈表中刪除
list_del(&timer->entry);
timer->base = NULL;
spin_unlock_irqrestore(&base->lock, flags);
return 1;
}
6): del_timer_sync()有競爭情況下的定時(shí)器刪除
在SMP系統中,可能要刪除的定時(shí)器正在某一個(gè)CPU上運行.為了防止這種在情況.在刪除定時(shí)器的時(shí)候,應該優(yōu)先使用del_timer_synsc().它會(huì )一直等待所有CPU上的定時(shí)器執行完成.
int del_timer_sync(struct timer_list *timer)
{
tvec_base_t *base;
int i, ret = 0;
check_timer(timer);
del_again:
//刪除些定時(shí)器
ret += del_timer(timer);
//遍歷CPU
for_each_online_cpu(i) {
base = &per_cpu(tvec_bases, i);
//如果此CPU正在運行這個(gè)timer
if (base->running_timer == timer) {
//一直等待,直到這個(gè)CPU執行完
while (base->running_timer == timer) {
cpu_relax();
preempt_check_resched();
}
break;
}
}
smp_rmb();
//如果這個(gè)timer又被調用.再刪除
if (timer_pending(timer))
goto del_again;
return ret;
}
定時(shí)器部份到這里就介紹完了.為了管理定時(shí)器.內核用了一個(gè)很巧妙的數據結構.值得好好的體會(huì ).
五:小結
2.6內核在時(shí)鐘管理子系統的修改比較大.因為在2.6完全摒棄掉了下半部機制.2.4中下半部處理的大部份都放在了中斷處理程序里,只有定時(shí)器控制被移到了時(shí)鐘軟中斷.另外時(shí)鐘中斷初始化涉及到了很多硬件的操作.需要查閱相關(guān)資料才能完全理解.
