Linux内核学习日记补充1：时钟中断

参考资料

• 《Linux内核完全注释》
• linux 0.11源码
• B站视频
• 优快云博客
  !!以下图片来自《Linux内核完全注释 修正版V3.0》!!

硬件时钟

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一般PC机都会有以下两个时钟：
一：RTC实时时钟（又称CMOS时钟）
二：OS时钟，产生于PC主板上的定时/计数芯片（又称软时钟、系统时钟）————重点要了解的是这个
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• 典型的定时/计数芯片：8253、8254，它们可编程。

时钟中断

Linux初始化过程包括了对OS时钟的初始化，使OS时钟成为整个OS工作的心脏。
（8253芯片）OS时钟会每10ms产生一个中断信号，由IRQ接收处理后传递于CPU，触发相应的中断服务。
（也即是10ms为一个时间片，每过一个时间片对进程持有的时间片数进行一次检查调整）

• 时钟中断C函数处理程序do_timer()，位于sched.c文件，在system_call.s中被调用。
• do_timer()主要判断当前进程时间片是否用完，并根据不同情况做出相应的处理。

struct task_struct {//该结构体定义在sched.h中，以下只是部分代码
/* these are hardcoded - don't touch */
	long state;	//程序运行的状态/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
	long counter; //时间片
	//counter的计算不是单纯的累加，需要下面这个优先级这个参数参与
	long priority;//优先级
	......
	long utime,stime,cutime,cstime,start_time;//运行时间
	//utime是用户态运行时间 cutime是内核态运行时间
	......
};
void do_timer(long cpl)
{
	/*！！！！为了方便说明，我省略了部分代码！！！！*/
	/***
	*current为进程指针
	* %eax is CPL (0 or 3, 0=supervisor)
	*cpl为特权级.cpl=0为最高级，表示内核态；cpl>0表示用户态.
	***/
	if (cpl)
		current->utime++;//给用户程序运行时间+1
	else
		current->stime++;//内核程序运行时间+1
	/*定时器处理*/
	if (next_timer) {// next_timer 是连接jiffies变量的所有定时器的事件链表
	// 可以这样想象，jiffies是一个时间轴，然后这个时间轴上每个绳结上绑了一个事件，运行到该绳结就触发对应的事件
		next_timer->jiffies--;
		while (next_timer && next_timer->jiffies <= 0) {
			void (*fn)(void);//插入一个函数指针
			
			fn = next_timer->fn;
			next_timer->fn = NULL;
			next_timer = next_timer->next;
			(fn)();//调用处理函数
		}
	}
	/*时间片检测*/
	if ((--current->counter)>0) return;//如果进程时间片还没用完，则退出
	current->counter=0;//否则，重置进程时间片为0
	if (!cpl) return;//如果时间片用完且在内核态下运行，则直接退出
	schedule();//如果时间片用完且在用户态下，执行调度函数（分配时间片，执行另一个进程）
}

• 在system_call.s中_timer_interrupt时钟中断处理中，执行完do_timer()后，会跳转到ret_from_sys_call对信号进行处理。
• 在ret_from_sys_call中，首先会检测当前任务，如果是任务0（内核态），则不作信号量方面的处理，直接返回，退出中断；如果是非任务0（用户态），则对任务进行信号量的识别处理。
  信号处理程序调用方式
  
• do_signal()是信号量识别处理的主要操作，定义在signal.c中。
• do_signal()把信号对应的处理函数插入到内核堆栈eip处，并修改用户堆栈，使其中断返回后（用户进程）执行信号处理函数。
  do_signal()具体过程
  

//发送信号的函数，这些参数全部都是寄存器的名字
//进程间通信，无非是A进程传递一些信息给当前的进程
//这个信号传递函数是触发中断，然后接管当前进程的堆栈寄存器等句柄
//再然后可以往里面写入一些东西，其实就是传递了信息给当前运行的进程
void do_signal(long signr,long eax, long ebx, long ecx, long edx,
	long fs, long es, long ds,
	long eip, long cs, long eflags,
	unsigned long * esp, long ss)
{
	......
}

• 信号处理函数返回后执行一个sa_restorer,恢复用户堆栈为正常中断退出之后的状态。
• 因为时钟中断、系统调用以及最频繁调用的schedule()里面都会处理信号，所以信号总能及时地得到"触发"。

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结束
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