Linux内核定时器--原版PPT优秀课件
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变的值，大多数体系结构的HZ值是可调的
7Fra Baidu bibliotek
2.1.1 理想的HZ值
自Linux问世以来，i386体系结构中时 钟中断频率就设定为100HZ，但是在2.5开发 版本内核中，中断频率被提高到1000HZ。
提高节拍率意味着时钟中断产生得更 加频繁，所以中断处理程序也会更频繁的 执行，带来以下几点好处： • 更高的时钟中断解析度可提高时间驱动事 件的解析度。 • 提高了时间驱动事件的准确度。
超时了，但是jiffies超过最大值后又从0开始， 所以J2远远小于timeout • 3. while循环不会结束，相当于死循环。
16
内核提供四个宏来帮助比较节拍计数，能正确 处理节拍计数的回绕问题
Linux 内核机制-定时器
参考资料： 《Linux内核设计与实现》（美）Robert Love著，
陈莉君 康华 译 原文第三版 ， 机械工业出版社。 《深入Linux内核架构》 （德）Wolfgang Mauerer
著 ， 郭旭 译 ，人民邮电出版社。 《深入理解Linux内核》 DANIEL P.BOVET & MARCO
• 节拍率（HZ）是时钟中断的频率，表示一 秒钟中断的次数。 例如：HZ=100，表示一秒内触发100次时钟 中断程序。 节拍率是通过静态预处理定义的，在系统 启动时按照HZ值对硬件进行设置。 不同的体系结构，HZ值也不同。
6
注意点：
• 在X86体系结构中，系统HZ默认值为100 • 内核在<asm/param.h>文件中定义了这个值 • 在编写内核代码时，HZ值不是一个固定不
12
Jiffies定义于文件<linux/jiffies.h>中，格式如下：
extern u64 __jiffy_data jiffies_64; extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies; 使用例子如下： unsigned long time_tick = jiffies + 1; //从现在开始1个节拍 unsigned long later = jiffies + 5 * HZ; //从现在开始5秒
/*还没有超时，继续执行任务*/ }
/*超时了，发生错误*/
15
• 正常的情况下，上面的代码没有问题。但是当 jiffies接近最大值的时候，就会出现回绕问题， 如下图所示：
• 1. 循环中第一次比较时，jiffies = J1，没有超时 • 2. 循环中第二次比较时，jiffies = J2，实际已经
CESATI 著，陈莉君 张琼声 张宏伟 译 ，中国电力出版社。
1
1. 基本概念
• 在某些场景下，我们需要在特定的时间后 做某些动作，但是又不想一直等待而浪费 CPU，这时定时器是非常重要的。
• 定时器用于在将来某个时间点执行某个函 数以完成特定的任务 。
• Linux中内核定时器是基于软中断实现的， 也就是它处于中断上下文，而非进程上下 文。
• 内核可以通过调用in_atomic()判断当前是否 允许调度，不允许调度的情况包括：处于 中断上下文以及拥有自旋锁的上下文。
• 由于定时器异步执行，因而定时器处理函 数必须进行互斥保护。
4
2.在了解定时器之前先了解三个概念
• 节拍率：HZ • Jiffies • 时钟中断处理程序
5
2.1 节拍率：HZ
13
2.2.1 jiffies的回绕
• Jiffies变量总是无符号长整数，因此，在32 位体系结构上时32位，在64位体系结构上 时64位。32位的jiffies变量，如果HZ = 100， 497天后会溢出，如果HZ = 1000，49.7天后 会溢出。而64位则别指望能看到溢出。
• 访问jiffies的代码仅会读取jiffies_64的低32位， 通过get_jiffies_64()函数，可以读取整个64 位，多数代码只需要访问低32位就够了。
8
提高节拍率等同于提供啊中断解析度。 例如：HZ=100的时钟执行粒度为10ms，， 即系统中周期事件最快为每10ms运行一次， 而不可能有更高的精度，但是当HZ = 1000 时，解析度就为1ms—精细了10倍。虽然内 核可以提供频度为1ms的时钟，但是并没有 证据显示对系统中所有的程序而言，频率 为1000HZ比100HZ的时钟更合适。
执行中断处理程序，占用CPU时间过多。 • 减少了处理器对其他工作的时间，更频繁
的打乱处理器高速缓存并增加耗电。
11
2.2 jiffies
• 全局变量jiffies用来记录自系统启动以来产 生得节拍的总数。例如：系统启动了N秒， 那么jiffies就为N x HZ。
• Jiffies的类型为无符号长整型（unsigned long），用其它任何类型存放都不正确。
2
在非进程上下文需要遵循的原则
• 不允许访问用户空间 • Current无意义，因而也不可用 • 不能进行睡眠护着调度，不能调用schedule
或者某种wait_event，也不能调用任何可能 引起睡眠的函数，信号量也不可用，因为 信号量可能引起休眠。
3
如何判断中断上下文?
• 内核代码通过调用函数in_interrupt()可以判 断当前是否处于中断上下文，只要返回非0 就表示处于中断上下文。
14
对于32位无符号长整型，最大取值为 2^32-1。所以在溢出之前，定时器节拍计数最 大为4294967295。如果节拍计数达到了最大值 后还要继续增加的话，它的值就会回绕到0。 比如下面的代码： unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; //设置超时时间为0.5秒 while (timeout < jiffies) {
9
高HZ的优点
• 内核定时器能够以更高的频度和更高的准 确度运行。
• 依赖定时值执行的系统调用，比如poll（） 和select（），能够以更高的精度运行。
• 对诸如资源消耗和系统运行时间等的测量 会有更精细的解析度。
• 提高进程抢占的准确度。
10
高HZ的缺点
• 时钟中断执行的越频繁，系统的负担越高 • 时钟中断频率越高，处理器必须花时间来
7Fra Baidu bibliotek
2.1.1 理想的HZ值
自Linux问世以来，i386体系结构中时 钟中断频率就设定为100HZ，但是在2.5开发 版本内核中，中断频率被提高到1000HZ。
提高节拍率意味着时钟中断产生得更 加频繁，所以中断处理程序也会更频繁的 执行，带来以下几点好处： • 更高的时钟中断解析度可提高时间驱动事 件的解析度。 • 提高了时间驱动事件的准确度。
超时了，但是jiffies超过最大值后又从0开始， 所以J2远远小于timeout • 3. while循环不会结束，相当于死循环。
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内核提供四个宏来帮助比较节拍计数，能正确 处理节拍计数的回绕问题
Linux 内核机制-定时器
参考资料： 《Linux内核设计与实现》（美）Robert Love著，
陈莉君 康华 译 原文第三版 ， 机械工业出版社。 《深入Linux内核架构》 （德）Wolfgang Mauerer
著 ， 郭旭 译 ，人民邮电出版社。 《深入理解Linux内核》 DANIEL P.BOVET & MARCO
• 节拍率（HZ）是时钟中断的频率，表示一 秒钟中断的次数。 例如：HZ=100，表示一秒内触发100次时钟 中断程序。 节拍率是通过静态预处理定义的，在系统 启动时按照HZ值对硬件进行设置。 不同的体系结构，HZ值也不同。
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注意点：
• 在X86体系结构中，系统HZ默认值为100 • 内核在<asm/param.h>文件中定义了这个值 • 在编写内核代码时，HZ值不是一个固定不
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Jiffies定义于文件<linux/jiffies.h>中，格式如下：
extern u64 __jiffy_data jiffies_64; extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies; 使用例子如下： unsigned long time_tick = jiffies + 1; //从现在开始1个节拍 unsigned long later = jiffies + 5 * HZ; //从现在开始5秒
/*还没有超时，继续执行任务*/ }
/*超时了，发生错误*/
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• 正常的情况下，上面的代码没有问题。但是当 jiffies接近最大值的时候，就会出现回绕问题， 如下图所示：
• 1. 循环中第一次比较时，jiffies = J1，没有超时 • 2. 循环中第二次比较时，jiffies = J2，实际已经
CESATI 著，陈莉君 张琼声 张宏伟 译 ，中国电力出版社。
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1. 基本概念
• 在某些场景下，我们需要在特定的时间后 做某些动作，但是又不想一直等待而浪费 CPU，这时定时器是非常重要的。
• 定时器用于在将来某个时间点执行某个函 数以完成特定的任务 。
• Linux中内核定时器是基于软中断实现的， 也就是它处于中断上下文，而非进程上下 文。
• 内核可以通过调用in_atomic()判断当前是否 允许调度，不允许调度的情况包括：处于 中断上下文以及拥有自旋锁的上下文。
• 由于定时器异步执行，因而定时器处理函 数必须进行互斥保护。
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2.在了解定时器之前先了解三个概念
• 节拍率：HZ • Jiffies • 时钟中断处理程序
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2.1 节拍率：HZ
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2.2.1 jiffies的回绕
• Jiffies变量总是无符号长整数，因此，在32 位体系结构上时32位，在64位体系结构上 时64位。32位的jiffies变量，如果HZ = 100， 497天后会溢出，如果HZ = 1000，49.7天后 会溢出。而64位则别指望能看到溢出。
• 访问jiffies的代码仅会读取jiffies_64的低32位， 通过get_jiffies_64()函数，可以读取整个64 位，多数代码只需要访问低32位就够了。
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提高节拍率等同于提供啊中断解析度。 例如：HZ=100的时钟执行粒度为10ms，， 即系统中周期事件最快为每10ms运行一次， 而不可能有更高的精度，但是当HZ = 1000 时，解析度就为1ms—精细了10倍。虽然内 核可以提供频度为1ms的时钟，但是并没有 证据显示对系统中所有的程序而言，频率 为1000HZ比100HZ的时钟更合适。
执行中断处理程序，占用CPU时间过多。 • 减少了处理器对其他工作的时间，更频繁
的打乱处理器高速缓存并增加耗电。
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2.2 jiffies
• 全局变量jiffies用来记录自系统启动以来产 生得节拍的总数。例如：系统启动了N秒， 那么jiffies就为N x HZ。
• Jiffies的类型为无符号长整型（unsigned long），用其它任何类型存放都不正确。
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在非进程上下文需要遵循的原则
• 不允许访问用户空间 • Current无意义，因而也不可用 • 不能进行睡眠护着调度，不能调用schedule
或者某种wait_event，也不能调用任何可能 引起睡眠的函数，信号量也不可用，因为 信号量可能引起休眠。
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如何判断中断上下文?
• 内核代码通过调用函数in_interrupt()可以判 断当前是否处于中断上下文，只要返回非0 就表示处于中断上下文。
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对于32位无符号长整型，最大取值为 2^32-1。所以在溢出之前，定时器节拍计数最 大为4294967295。如果节拍计数达到了最大值 后还要继续增加的话，它的值就会回绕到0。 比如下面的代码： unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; //设置超时时间为0.5秒 while (timeout < jiffies) {
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高HZ的优点
• 内核定时器能够以更高的频度和更高的准 确度运行。
• 依赖定时值执行的系统调用，比如poll（） 和select（），能够以更高的精度运行。
• 对诸如资源消耗和系统运行时间等的测量 会有更精细的解析度。
• 提高进程抢占的准确度。
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高HZ的缺点
• 时钟中断执行的越频繁，系统的负担越高 • 时钟中断频率越高，处理器必须花时间来