Linux内核时钟系统和定时器实现

带你走进linux 内核 定时器(timer)实现机制 定时器层是基于tick层(高精度定时器)之上的,是根据系统jiffies来触发的,精度相对比较低。利用定时器,我们可以设定在未来的某一时刻,触发一个特定的事件。经常,也会把这种低精度定时器称作时间轮(Timer Wheel)。在内核中,一个定时器是使用 timer_list 结构体来表示的: entry:所有的定时器都会根据到期的时间被分配到一组链表中的一个中,该字段是链表的节点成员。 expires:字段指出了该定时器的到期时刻,也就是期望定时器到期时刻的jiffies计数值。这是一个绝对值,不 阅读详情

1. Linux内核时钟系统和定时器实现

补充: 后来发现,以及wiki上说:core infrastructure support for high resolution timers has been accepted into the mainline kernel (in 2.6.21)
//——————-

Linux 2.6.16之前,内核只支持低精度时钟,内核定时器的工作方式:

  • 系统启动后,会读取时钟源设备(RTC, HPET,PIT…),初始化当前系统时间;
  • 内核会根据HZ(系统定时器频率,节拍率)参数值,设置时钟事件设备,启动tick(节拍)中断。HZ表示1秒种产生多少个时钟硬件中断,tick就表示连续两个中断的间隔时间。在我电脑上,HZ=250, 一个tick = 1/HZ, 所以默认一个tick为4ms。
cat /boot/config-`uname -r` | grep 'CONFIG_HZ='
CONFIG_HZ=250
  • 设置时钟事件设备后,时钟事件设备会定时产生一个tick中断,触发时钟中断处理函数,更新系统时钟,并检测timer wheel,进行超时事件的处理。

在上面工作方式下,Linux 2.6.16 之前,内核软件定时器采用timer wheel多级时间轮的实现机制,维护操作系统的所有定时事件。timer wheel的触发是基于系统tick周期性中断。
所以说这之前,linux只能支持ms级别的时钟,随着时钟源硬件设备的精度提高和软件高精度计时的需求,有了高精度时钟的内核设计。
Linux 2.6.16 ,内核支持了高精度的时钟,内核采用新的定时器hrtimer,其实现逻辑和Linux 2.6.16 之前定时器逻辑区别:

  • hrtimer采用红黑树进行高精度定时器的管理,而不是时间轮;
  • 高精度时钟定时器不在依赖系统的tick中断,而是基于事件触发。

旧内核的定时器实现依赖于系统定时器硬件定期的tick,基于该tick,内核会扫描timer wheel处理超时事件,会更新jiffies,wall time(墙上时间,现实时间),process的使用时间等等工作。
新的内核不再会直接支持周期性的tick,新内核定时器框架采用了基于事件触发,而不是以前的周期性触发。新内核实现了hrtimer(high resolution timer),hrtimer的设计目的,就是为了解决time wheel的缺点:

  • 低精度;timer wheel只能支持ms级别的精度,hrtimer可以支持ns级别;
  • Timer wheel与内核其他模块的高耦合性;

新内核的hrtimer的触发和设置不像之前在定期的tick中断中进行,而是动态调整的,即基于事件触发,hrtimer的工作原理:通过将高精度时钟硬件的下次中断触发时间设置为红黑树中最早到期的 Timer 的时间,时钟到期后从红黑树中得到下一个 Timer 的到期时间,并设置硬件,如此循环反复。
在高精度时钟模式下,操作系统内核仍然需要周期性的tick中断,以便刷新内核的一些任务。前面可以知道,hrtimer是基于事件的,不会周期性出发tick中断,所以为了实现周期性的tick中断(dynamic tick):系统创建了一个模拟 tick 时钟的特殊 hrtimer,将其超时时间设置为一个tick时长,在超时回来后,完成对应的工作,然后再次设置下一个tick的超时时间,以此达到周期性tick中断的需求。
引入了dynamic tick,是为了能够在使用高精度时钟的同时节约能源,,这样会产生tickless 情况下,会跳过一些 tick。这里只是简单介绍,有兴趣可以读kernel源码。
这里写图片描述
上图1是Linux 2.6.16以来内核定时器实现的结构,
新内核对相关的时间硬件设备进行了统一的封装,定义了主要有下面两个结构:

  • 时钟源设备(closk source device):抽象那些能够提供计时功能的系统硬件,比如 RTC(Real Time Clock)、TSC(Time Stamp Counter),HPET,ACPI PM-Timer,PIT等。不同时钟源提供的精度不一样,现在pc大都是支持高精度模式(high-resolution mode)也支持低精度模式(low-resolution mode)。
  • 时钟事件设备(clock event device):系统中可以触发 one-shot(单次)或者周期性中断的设备都可以作为时钟事件设备。

当前内核同时存在新旧timer wheel 和 hrtimer两套timer的实现,内核启动后会进行从低精度模式到高精度时钟模式的切换,hrtimer模拟的tick中断将驱动传统的低精度定时器系统(基于时间轮)和内核进程调度。

内核定时器系统增加了hrtimer之后,对于用户层开放的定时器相关接口基本都是通过hrtimer进行实现的,从内核源码可以看到:


    https://github.com/torvalds/linux/blob/master/kernel/time/hrtimer.c

    *  These timers are currently used for:
    *   - itimers
    *   - POSIX timers
    *   - nanosleep
    *   - precise in-kernel timing
    *

2. 用户层定时器API接口

上面介绍完linux内核定时器的实现后,下面简单说一下,基于内核定时器实现的,对用户层开放的定时器API:间隔定时器itimer和POSIX定时器。

2.1 常见定时功能的API:sleep系列

在介绍itimer和POSIX定时器之前,我们先看看我们经常遇到过具有定时功能的库函数API接口:

alarm()
sleep()
usleep()
nanosleep()
  • alarm:

alarm()函数可以设置一个定时器,在特定时间超时,并产生SIGALRM信号,如果不忽略或不捕捉该信号,该进程会被终止。

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
                                              return:0或到期剩余秒数

那么alarm在是如何实现的?Glibc中alarm是基于间隔定时器itimer来实现的(文章后面会说到itimer是基于hrtimer实现的)。如下alarm在库函数下的实现,alarm调用了setitimer系统调用:

https://github.com/lattera/glibc/blob/master/sysdeps/unix/alarm.c

unsigned int 
alarm (seconds)
     unsigned int seconds;
{
  ...
  if (__s
浅析linux 内核 高精度定时器(hrtimer)实现机制(一) 在Linux内核中已经存在了一个管理定时器的通用框架。不过它也有很多不足,最大的问题是其精度不是很高。哪怕底层的定时事件设备精度再高,定时器层的分辨率只能达到Tick级别,按照内核配置选项的不同,在100Hz到1000Hz之间。但是,原有的定时器层由于实现教早,应用广泛,如果完全替换掉会引入大量代码改动。因此,Linux内核又独立设计出了一个叫高精度定时器层(High Resolution Timer)的框架,可以为我们提供纳秒级的定时精度,以满足对精确时间有迫切需求的应用程序或内核驱动程序。 阅读详情

相关推荐

Linux·定时器原理与使用

Linux定时器

m0_64560763的博客 906

Linux内核编程(九)Linux内核定时器

Linux内核中有一个宏HZ,这个宏用来表示一秒钟对应的节拍的数量。利用Linux内核中的这个宏,我们就可以把时间转换成节拍数。比如,定时一秒钟换成节拍数就是expires=jiffies+1*HZ,其中宏定义jiffies为系统当前时间对应的节拍数。宏HZ的值我们是可以设置的,也就是说一秒钟对应多少个节拍数我们是可以设置的。打开make menuconfig图形化配置界面进行设置,具体设置路径查看其它博客。

qq_1033275663的博客 2308

Linux内核时钟与定时器的实现与编程

在Linux内核中,时钟和定时器是非常重要的组件,它们提供了时间管理和事件调度的功能。时钟用于跟踪系统时间,而定时器用于触发特定的操作或事件。本文详细介绍了Linux内核中时钟和定时器的实现,并提供了相应的源代码示例。通过深入理解和使用时钟和定时器,开发人员可以更好地控制时间和事件流,提高系统的性能和可靠性。

CodeByte的博客 127

linux中的内核时钟

linux中的内核时钟

hqb_newfarmer的博客 889

Ghost备份还原Win10全攻略:从老电脑迁移到新硬盘,ESP分区处理是关键

本文详细介绍了使用Ghost工具将Win10系统从旧电脑迁移到新硬盘的全过程,特别强调了ESP分区的关键处理方法。通过分步指导备份、分区准备、系统还原和引导修复,帮助用户实现无缝系统迁移,解决常见问题如启动失败和驱动兼容性。

weixin_30823001的博客 672

基于Arduino 的 FM 调频收音机

这是一个基于 Arduino 的开源的收音机项目,它具备一台标准收音机的全部功能,从控制部分到外壳都可以自己 DIY。在项目中,我们将介绍让 FM 收音机调谐器的 RDA5807 模块与 I2C 协议进行通信的方法,整个过程只需要两根线就可以与 IC 通信,接线非常简单。3D 打印的外壳也非常简洁。总之,是个非常简单和实用的项目,来试试吧!

ByteBox的博客 1642

小米万兆路由器里的Docker安装可道云(Kodexplorer)私有网盘

小米2022年12月份发布了万兆路由器,里面可以使用Docker。 今天尝试在小米的万兆路由器里安装[可道云](http://kodcloud.com/)(Kodexplorer)私有网盘。

engchina的专栏 1万+

解密微信DAT图片:一键转换JPG/PNG/GIF的实用指南

本文详细解析微信DAT图片的加密机制及转换方法,提供从定位文件到使用WeijieSoft工具一键转换JPG/PNG/GIF的完整指南。涵盖新旧版微信存储路径差异、批量处理技巧及常见问题解决方案,帮助用户高效恢复重要图片并释放存储空间。

weixin_29305337的博客 3618

从像素到光影:解析《黑神话:悟空》中Nanite与Lumen的协同渲染革命

本文深度解析了《黑神话:悟空》如何利用Unreal Engine 5的Nanite与Lumen技术实现渲染革命。Nanite处理亿级多边形几何细节,无需传统LOD优化;Lumen提供全动态全局光照,实现实时光线反弹。两者协同工作,为游戏带来电影级视觉体验,重塑了实时渲染的技术标准与工作流程。

f6g7h8i9j的博客 425

手把手教你用gym训练宇树GO2机器人模型(附完整配置文件)

本文提供了一份详细的实战指南,教你如何使用Gym框架为宇树GO2四足机器人搭建强化学习训练环境。文章深入解析了环境配置、参数调试、奖励函数设置等关键步骤,并分享了避开常见陷阱的经验,旨在帮助开发者高效完成模型训练。

oo7890的博客 322

SAM3 几行代码支持任意图像分辨率,减少显存占用(针对transformers库)

几行代码让sam3支持任意图像分辨率

qq_41234663的博客 156

yolov11添加P2小目标检测头与添加P6超大目标检测头

本文介绍了YOLO目标检测模型中上下采样的原理及应用。上采样通过插值算法放大特征图,YOLO通常采用最近邻插值;下采样则通过带步长的卷积缩小特征图提取高层语义特征。文章详细阐述了这两种操作在YOLO中的实现方式、结构特点及对称性问题,指出下采样后会使用C3模块进行特征整合,上采样后通过concat抑制分割感。此外,还分析了不同分辨率特征图适合检测不同尺寸目标的原因,并提出添加4倍小目标检测头的方法,即对上采样后的特征进行concat和C3模块处理。最后给出了YOLOv5原模型结构和添加4倍检测头后的结构对比

m0_64661770的博客 820

Statistics and Machine Learning Toolbox

Statistics and Machine Learning Toolbox(带书签),MATLAB统计学习工具

efm32 入门.pdf

本PDF共计22页,介绍的是操作驱动API,下载与否自己斟酌。

C# WinForm 基于DirectShow.dll编写的程序,可边预览边保存视频,音频和图片

基于微软的DirectShow.dll的二次开发1.自动识别连接的摄像头跟麦克风且可以对其进行选择(默认选中第一个)2.可录制wmv和avi两种格式的视频并且都带有音频,avi可以录制的分辨率和帧数进行选择,wmv默认进行了淸晰度优化如不喜欢可去除代码中有相关提示3.可在预览点开之后进行拍照,也可边录制视频边拍照4.添加了视频和音频的压缩功能(酌情使用)这次二次开发发现C#对DirectShow的相关信息太少,这次做完也不敢藏私共享出来,还望大家指正

迈瑞BS系列全自动生化分析仪LIS协议接口手册(内含HL7和ASTM)

迈瑞BS系列全自动生化分析仪LIS协议接口手册,内含HL7和ASTM)

上一篇: 进程中的地址是从何而来
下一篇: TCP连接的建立和关闭详解
walker沃克
博客等级 码龄16年 208粉丝 60原创
评论 2
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付:10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值