linux 硬时钟与定时器

linux硬时钟，TSC，PIT， RTC

 

RTC：实时时钟，即保存当前时间。

PIT：硬件可编程间隔定时器，每一个（可编程的）间隔后发出一个时钟中断

TSC：每个时钟中断时，都会自动加一。

 

频率与时钟是不同的。

CLOCK_RATE是晶振频率，送入芯片中。

LATCH：即PIT中的间隔，可编程，当LATCH递减为0时，产生一个时钟中断，然后重置为LATCH初值。

HZ：时钟频率，即一秒内发生多少个时钟中断。

 

硬件时钟：

主要结构： clocksource, 描述一个硬件时钟源的信息。

clock_event_device, 描述一个时钟中断后执行的行为。 时钟事件设备

 

linux内核中主要使用两个全局链表来存所有的硬时钟信息。

clocksource_list

clockevent_devices

 

通知链技术（观察者模式）: notification chain

有四种链，用于不同的场合。原子，可阻塞，原始通知，SRCU

 

主要结构：

struct notifier_block, 通知链中元素的结构。

动作机制：

被通知者要把自己的函数加进通知链中，然后当通知者的事件产生，则会遍历链上元素，调用上面的每一个函数。

 

linux中硬件时钟中断的初始化。

中断的处理函数在irq0。

static struct irqaction irq0 = {

.handler = timer_event_interrupt,

.flags = IRQF_DISABLED | IRQF_IRQPOLL | IRQF_NOBALANCING,

.mask = CPU_MASK_NONE,

.name = "timer"

};

内核初始化部分（ start_kernel 函数）和时钟相关的过程主要有以下几个：

tick_init() // 向全局clockevents_chain通知链中添加一个 tick_notifier函数，当时钟事件设备信息变化，就会执行这个clockevents_chain中所有回调函数。

init_timers() // 初始化 时钟的软中断处理函数。 时钟softirq?

hrtimers_init() //PIT HRPIT,初始化PIT，及硬中断产生时的中断处理函数（IRQ0）

其中函数 hrtimers_init() 和高精度时钟相关

time_init() // 初始化TSC时钟源。

 

 

 

 

硬件中断处理过程：（每次硬件中断处理完后，就会调用调用软中断）

每次硬中断产生后会调用中断处理： timer_event_interrupt，其实际上调用的是 global_clock_event 变量的 event_handler 成员，而event_handler是在向内核添加PIT硬时钟设备时，调用用tick_check_new_device 。tick_set_periodic_handler 函数将时钟事件设备的 event_handler 成员赋值为 tck_handle_periodic 函数的地址，

 

即硬中断产生后，真正调用的函数是：tick_handle_periodic函数：

全局处理：

更新jiffies

更新xtime与当前时钟源信息

根据tick计算avenrun负载

局部（单个CPU）处理：

统计当前进程CPU时间（用户时间/内核时间）

唤醒时间软中断，  //软件定时器处理。

唤醒RCU软中断，

更新进程时间片 scheduler_tick

profile_tick.

 

 

软件定时器：

主要结构：

struct time_list, 软件定时器结构

struct tvec_base，用于组织软件定时器。

struct tvec,  软件定时器向量, 实际上就是一个list_head数组。每个数组成员是一段时间内到期的所有定时器的链表头。

 

每个CPU都有自己的一个组织时钟结构： tvec_base

里面有5个时钟向量tvec，用于存放不同到期时间的软件定时器。

 

linux内核的组织方式是:

每个CPU一个tvec_base

每个tvec_base中有5个tvec

[256] 0 - 2^8 -1

[64] 2^8 - 2^14 -1

[64] 2^14 - 2^20 -1

[64] 2^20 - 2^26 -1

[64] 2^26 - 00

 

软件定时器的处理：

软中断的一个重要的处理时机是在每个硬件中断处理完成后（参见 irq_exit 函数），而软件定时器的处理是在软中断上下文中实现的。

先是得到tvec_base，然后执行所有的到期的定时器，然后调整定时器向量。cascade 函数

 

应用：进程定时睡眼。

from  http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html