定时器的比较

最新推荐文章于 2025-03-20 21:03:48 发布

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#c #linux #结构 #链表 #kernel

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本文深入探讨Linux系统中的TimerWheel和Hrtimer数据结构与算法，详细解析其核心原理、时间精度以及应用实例，同时对比UCOS-II中的定时器处理过程，为开发者提供全面的技术指南。

Linux系统

Timer Wheel

一、数据结构

核心数据结构为timer wheel

其核心数据结构为

#define TVN_BITS (CONFIG_BASE_SMALL? 4 : 6)

#define TVR_BITS (CONFIG_BASE_SMALL? 6 : 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)

struct tvec {

struct list_headvec[TVN_SIZE];

};

struct tvec_root {

struct list_headvec[TVR_SIZE];

};

struct tvec_base {

spinlock_t lock;

struct timer_list*running_timer;

unsigned long timer_jiffies;

unsigned long next_timer;

struct tvec_root tv1;

struct tvec tv2;

struct tvec tv3;

struct tvec tv4;

struct tvec tv5;

} ____cacheline_aligned;

其中timerwheel的数据结构为

在 timer wheel 的框架下，所有系统正在使用的 timer 并不是顺序存放在一个平坦的链表中，因为这样做会使得查找，插入，删除等操作效率低下。Timer wheel 提供了 5 个 timer 数组，数组之间存在着类似时分秒的进位关系。TV1 为第一个 timer 数组，其中存放着从 timer_jiffies（当前到期的 jiffies）到 timer_jiffies + 255 共 256 个 tick 对应的 timer list。因为在一个 tick 上可能同时有多个 timer 等待超时处理，timer wheel 使用 list_head 将所有 timer 串成一个链表，以便在超时时顺序处理。TV2 有 64 个单元，每个单元都对应着 256 个 tick，因此 TV2 所表示的超时时间范围从 timer_jiffies + 256 到 timer_jiffies + 256 * 64 – 1。依次类推 TV3，TV4，TV5。以 HZ=1000 为例，每 1ms 产生一次中断，TV1 就会被访问一次，但是TV2 要每 256ms 才会被访问一次，TV3 要 16s，TV4 要 17 分钟，TV5 甚至要 19 小时才有机会检查一次。最终，timer wheel 可以管理的最大超时值为 2^32。一共使用了 512 个 list_head（256+64+64+64+64）。

*上图表示的不是很明确，实际上为树形结构。

可以知道时间精度为1ms

二、算法

Hrtimer

一、数据结构

Struct timespec{

__kernel_time_t tv_sec;

Long tvv_nsec;

};

表示自1970年经过的时间

struct timeval {

    __kernel_time_t          tv_sec;          /* seconds */

    __kernel_suseconds_t    tv_usec;         /* microseconds */

};

表示时间间隔，单位为微妙

union ktime {

        s64     tv64;

 #if BITS_PER_LONG != 64 && !defined(CONFIG_KTIME_SCALAR)

        struct {

 # ifdef __BIG_ENDIAN

        s32     sec, nsec;

 # else

        s32     nsec, sec;

 # endif

        } tv;

 #endif

};

核心数据结构 64bit

typedef u64 cycle_t;

表示时钟源中读取的类型

二、算法

hrtime_run_queues

ucos-II

timer wheel

一、数据结构

定时器控制块（OS_TMR）

OS_TMR OSTmrThl[OS_TMR_CFG_MAX];

OS_TMR *OSTmrFreeList;

OS_TMR_WHEEL OSTmrWheelTbl[OS_TMR_CFG_WHEEL_SIZE];

其中，OSTmrThl为静态分配的所有OS_TMR，所有的定时器都包含在这个数组中。

OSTmrFreeList则是空闲列表的表头，连接着所有的空闲定时器。

和Linux中的timer wheel类似，这里面如下图所示，各个分组中存放的定时器为，各个定时器对OS_TMR_CFG_WHEEL_SIZE求模得到相同值的定时器在同一组中。

图 1

二、算法

创建定时器

OS_TMR *OSTmrCreate

删除定时器

BOOLEAN OSTmrDel

获取下次超时时间

INT32U OSTmrRemainGet

获取定时器状态

INT8U OSTmrStateGet

启动定时器

BOOLEAN OSTmrStart

停止定时器

BOOLEAN OSTmrStop

针对timer wheel的处理过程如下图所示。