《Linux设计与实现》学习笔记——定时器和时间管理

Posted 2020-08-02 xcy6666

基本概念

• 系统定时器
  
  • 一种可编程硬件芯片，能够以固定频率产生中断，定时器中断，他的中断处理程序负责更新系统时间，负责执行需要周期性运行的任务。
  • 触发中断的频率即节拍率，可以编程预定。
• 动态定时器
  
  • 一种用来推迟执行程序的工具
• HZ
  
  • 系统定时器的频率（节拍率）是静态预处理定义的。
• HZ数大小确定应考虑的因素：
  
  • HZ越高：
    
    • 优势：提高时间驱动事件的准确度；调度的粒度更细，进程抢占更准确； 内核定时器以更高的频度和准确度执行。
    • 劣势：节拍率越高，时钟中断程序占用处理器时间越多；并且频繁打乱处理器cache并增加耗电。

Jiffies 全局变量

系统启动以来产生的节拍总数，位于<asm/param.h>
系统运行时间=jiffies/HZ
jiffies的定义
extern unsigned long volatile jiffies;

jiffies回绕的处理

//a超过b，返回真
#define time_after(a,b)  ( (long)(b) – (long)(a) < 0 ) 
//a未超过b，返回真
#define time_before(a,b) ( (long)(b) – (long)(a) > 0 )

unsigned long 使用源码存储，而signed long 使用补码存储，将signed long 强制转换为unsigned long，unsigned long中最高位为1的就会变为负数，使用上面的宏可以在一定范围内，即使发生回绕，时间先后判断，也能正确。
举例 8bit jiffies, jiffies = 255,time1 发生回绕了为1，time2没回绕为254
强转为signed long, jiffies=-1,time1=1,time2=-2
所以time_after(time1, jiffies) : -1 - 1 =-2 < 0
time_after(time2,jiffies) : -1 -(-2) = 1 > 0

实时时钟

• RTC用来持久存放系统时间的设备。
• 系统启动时，内核读取RTC来初始化墙上时间，该时间存放在xtime变量中
• 定时器：周期性触发中断机制。X86是可编程中断时钟PIT，PIT在PC机器中普遍存在

时钟中断处理程序的基本任务 :

体系结构相关部分，体系结构无关部分
与体系结构相关的例程作为系统定时器的中断处理程序注册到内核

• 获得xtime_lock锁，对jiffies_64和xtime进行保护
• 需要时应答或重新设置系统时钟
• 周期性的使用墙上时间更新实时时钟
• 调用体系无关的时钟例程 : tick_periodic()
  
  • Jiffies_64+1
  • 更新资源消耗的统计值值。比如当前进程所消耗的系统时间和用户时间
  • 执行已经到期的动态定时器
  • 执行scheduler_tick()函数
  • 更新墙上时间，存放着xtime中
  • 计算平均负载值

定时器

也称动态定时器/内核定时器，管理内核流逝时间的基础。这个工具，能够使工作在指定时间点上执行。
内核在时钟中断后执行定时器，定时器作为软中断在下半部上下文执行