linux定时器详解

Linux内核定时器详解

80X86体系结构上，常用的定时器电路

实时时钟（RTC）

RTC内核通过IRQ8上发出周期性的中断，频率在2-8192HZ之间，掉电后依然工作，内核通过访问0x70和0x71 I/O端口访问RTC。

时间戳计时器（TSC）

利用CLK输入引线，接收外部振荡器的时钟信号，该计算器是利用64位的时间戳计时器寄存器来实现额，与可编程间隔定时器传递来的时间测量相比，更为精确。

可编程间隔定时器（PIT）

PIT的作用类似于微波炉的闹钟，PIT永远以内核确定的固定频率发出中断，但频率不算高。

CPU本地定时器

利用PIC或者APIC总线的时钟计算。

高精度时间定时器（HPET）

功能比较强大，家机很少用，也不去记了。

ACPI电源管理定时器

它的时钟信号拥有大约为3.58MHZ的固定频率，该设备实际上是一个简单的计数器，为了读取计算器的值，内核需要访问某个I/O端口，需要初始化

定时器的数据结构

利用timer_opts描述定时器

Timer_opts的数据结构

Name ：标志定时器员的一个字符串

Mark_offset :记录上一个节拍开始所经过的时间，由时钟中断处理程序调用

Get_offset 返回自上一个节拍开始所经过的时间

Monotonic_clock :返回自内核初始化开始所经过的纳秒数

Delay：等待制定数目的“循环”

定时插补

就好像我们要为1小时35分34秒进行定时，我们不可能用秒表去统计，肯定先使用计算时的表，再用计算分的，最后才用秒表，在80x86架构的定时器也会使用各种定时器去进行定时插补，我们可以通过cur_timer指针来实现。

单处理器系统上的计时体系结构

所有与定时有关的活动都是由IRQ线0上的可编程间隔定时器的中断触发。

初始化阶段

1. 初始化间，time_init()函数被调用来建立计时体系结构

2. 初始化xtime变量（xtime变量存放当前时间和日期，它是一个timespec 类型的数据结构）

3. 初始化wall_to_monotonic变量，它跟xtime是同一类型的，但它存放将加在xtime上的描述和纳秒数，这样即使突发改变xtime也不会受到影响。

4. 看是否支持高精度计时器HPET

5. 调用select_timer()挑选系统中可利用的最好的定时资源，并让

cur_timer变量指向该定时器

6. 调用setup_irq(0,&irq0)来创建与IRQ相应的中断门。

时钟中断处理程序

1. 在xtime_lock顺序锁产生一个write_seqlock()来保护与定时相关的内核变量，这样防止中断让该进程被阻止。

2. 执行cur_timer定时器对象的mark_offset方法（记录上一个节拍开始所经过的时间，由时钟中断处理程序调用）

3. 调用do_timer_interrupt函数，步骤为

a) 使jiffies_64值增1

b) 调用updata_times()函数来更新系统日期和时间。

c) 调用updata_process_times()函数为本地CPU执行几个与定时相关的计数器作用。

d) 调用profile_tick()函数

e) 如果利用外部时钟来同步系统时钟，则每隔660秒，调用一次

st_rtc_mmss()函数来调整实时时钟。

f) 调用write_sequnlokc()释放xtime_lock顺序锁。

4. 返回值1，报告中断已经有效地处理了。

这个还算简单，接下来是多处理器系统上的计时体系设计。

多处理器系统上的计时体系

初始化阶段

通过calibrate_APIC_clock()计算本地APIC多久才产生一次中断。

全局时钟中断处理程序

SMP版本的timer_interrupt()处理程序与UP版本的处理程序在几个地方有差异。

Timer_interrupt()调用函数do_timer_interrupt()向I/O APIC芯片的一个端口写入，以应答定时器的中断要求。

Updata_process_times()函数不被调用，因为该函数执行与特定CPU相关的操作

Profile_tick()不被调用，因为该函数同样执行与特定CPU相关的操作。

动态定时器

这部分应用很容易，但要理解动态定时器的机理，真的囧，就说说用的部分吧。

动态定时器存放在timer_list结构中

Struct time_list{

Struct list_head entry;

Spinlock_t lock;

Unsigned long magic;

Void (*function)(unsigned long);

Unsigned long data;

Tvec_base_t *base

};

Entry字段用于将软定时器插入双向循环链表队列中，其值该链表根据定时器expires字段的值将他们分组放开（如果对动态定时器实现原理没兴趣的，可以无视，不需要要设置的项目）

Expries字段给出定时器到期时间，时间用拍子数表示，一般都是 unsigned long expire=timeout+jiffies

Lock自旋锁

Function 定时产生中断后，执行得函数

Data，可以定义一个单独的通用函数来处理多个设备驱动程序超时的问题

关于间隔定时器

所谓“间隔定时器（Interval Timer，简称itimer）就是指定时器采用“间隔”值（interval）来作

为计时方式，当定时器启动后，间隔值interval将不断减小。当interval值减到0时，我们就说该间隔定时器到期。与上一节所说的内核动态定时器相比，二者最大的区别在于定时器的计时方式不同。内核定时器是通过它的到期时刻expires值来计时的，当全局变量jiffies值大于或等于内核动态定时器的expires值时，我们说内核内核定时器到期。而间隔定时器则实际上是通过一个不断减小的计数器来计时的。虽然这两种定时器并不相同，但却也是相互联系的。假如我们每个时钟节拍都使间隔定时器的间隔计数器减1，那么在这种情形下间隔定时器实际上就是内核动态定时器（下面我们会看到进程的真实间隔定时器就是这样通过内核定时器来实现的）。

间隔定时器主要被应用在用户进程上。每个Linux进程都有三个相互关联的间隔定时器。其各自的间隔计数器都定义在进程的task_struct结构中，如下所示（include/linux/sched.h）：struct task_struct｛