Linux内核定时器笔记


80X86体系结构上,常用的定时器电路

  实时时钟(RTC)

  RTC内核通过IRQ8上发出周期性的中断,频率在2-8192HZ之间,掉电后依然工作,内核通过访问0x70和0x71 I/O端口访问RTC。

  时间戳计时器(TSC)

  利用CLK输入引线,接收外部振荡器的时钟信号,该计算器是利用64位的时间戳计时器寄存器来实现额,与可编程间隔定时器传递来的时间测量相比,更为精确。

  可编程间隔定时器(PIT)

  PIT的作用类似于微波炉的闹钟,PIT永远以内核确定的固定频率发出中断,但频率不算高。

  CPU本地定时器

  利用PIC或者APIC总线的时钟计算。

  高精度时间定时器(HPET)

  功能比较强大,家机很少用,也不去记了。

  ACPI电源管理定时器

  它的时钟信号拥有大约为3.58MHZ的固定频率,该设备实际上是一个简单的计数器,为了读取计算器的值,内核需要访问某个I/O端口,需要初始化

  定时器的数据结构

  利用timer_opts描述定时器

  Timer_opts的数据结构

  Name :标志定时器员的一个字符串

  Mark_offset :记录上一个节拍开始所经过的时间,由时钟中断处理程序调用

  Get_offset 返回自上一个节拍开始所经过的时间

  Monotonic_clock :返回自内核初始化开始所经过的纳秒数

  Delay:等待制定数目的“循环”

  定时插补

  就好像我们要为1小时35分34秒进行定时,我们不可能用秒表去统计,肯定先使用计算时的表,再用计算分的,最后才用秒表,在80x86架构的定时器也会使用各种定时器去进行定时插补,我们可以通过cur_timer指针来实现。

  单处理器系统上的计时体系结构

  所有与定时有关的活动都是由IRQ线0上的可编程间隔定时器的中断触发。

  初始化阶段

  1. 初始化间,time_init()函数被调用来建立计时体系结构

  2. 初始化xtime变量(xtime变量存放当前时间和日期,它是一个timespec类型的数据结构)

  3. 初始化wall_to_monotonic变量,它跟xtime是同一类型的,但它存放将加在xtime上的描述和纳秒数,这样即使突发改变xtime也不会受到影响。

  4. 看是否支持高精度计时器HPET

  5. 调用select_timer()挑选系统中可利用的最好的定时资源,并让cur_timer变量指向该定时器

  6. 调用setup_irq(0,&irq0)来创建与IRQ相应的中断门。

  时钟中断处理程序

  1. 在xtime_lock顺序锁产生一个write_seqlock()来保护与定时相关的内核变量,这样防止中断让该进程被阻止。

  2. 执行cur_timer定时器对象的mark_offset方法(记录上一个节拍开始所经过的时间,由时钟中断处理程序调用)

  3. 调用do_timer_interrupt函数,步骤为

  a) 使jiffies_64值增1

  b) 调用updata_times()函数来更新系统日期和时间。

  c) 调用updata_process_times()函数为本地CPU执行几个与定时相关的计数器作用。

  d) 调用profile_tick()函数

  e) 如果利用外部时钟来同步系统时钟,则每隔660秒,调用一次st_rtc_mmss()函数来调整实时时钟。

  f) 调用write_sequnlokc()释放xtime_lock顺序锁。

  4. 返回值1,报告中断已经有效地处理了。

  这个还算简单,接下来是多处理器系统上的计时体系设计。

  多处理器系统上的计时体系

  初始化阶段

  通过calibrate_APIC_clock()计算本地APIC多久才产生一次中断。

  全局时钟中断处理程序

  SMP版本的timer_interrupt()处理程序与UP版本的处理程序在几个地方有差异。

  Timer_interrupt()调用函数do_timer_interrupt()向I/O APIC芯片的一个端口写入,以应答定时器的中断要求。

  Updata_process_times()函数不被调用,因为该函数执行与特定CPU相关的操作

  Profile_tick()不被调用,因为该函数同样执行与特定CPU相关的操作。

  动态定时器

  这部分应用很容易,但要理解动态定时器的机理,真的囧,就说说用的部分吧。

  动态定时器存放在timer_list结构中

  Struct time_list{

  Struct list_head entry;

  Spinlock_t lock;

  Unsigned long magic;

  Void (*function)(unsigned long);

  Unsigned long data;

  Tvec_base_t *base

  };

  Entry字段用于将软定时器插入双向循环链表队列中,其值该链表根据定时器expires字段的值将他们分组放开(如果对动态定时器实现原理没兴趣的,可以无视,不需要要设置的项目)

  Expries字段给出定时器到期时间,时间用拍子数表示,一般都是 unsigned long expire=timeout+jiffies

  Lock自旋锁

  Function 定时产生中断后,执行得函数

  Data,可以定义一个单独的通用函数来处理多个设备驱动程序超时的问题


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