linux内核源代码分析-定时器与时间管理.ppt

1、定时器与时间管理、内存管理,上次课的回顾及后面的安排 内核中的时间概念 Linux中时间表示 硬件时钟和定时器 Linux下的时钟中断和相关时间应用 Linux内存页 Linux内存区 内存管理提供的服务 内存管理缓存机制 内存映射,上次内容回顾和后面的安排,系统调用和中断(回顾上节课内容) 中断处理程序的上、下半部机制 LINUX下半部处理机制 同步的经典问题 LINUX内核同步实现 增加一次课，课本内容完成后通过两个专题的形式增加对内核的认识,内核中的时间概念,事件驱动与时间驱动 内核中需管理相对时间和绝对时间 内核时间的硬件基础（系统定时器以某种频率触发，hitting or popin

2、g,该频率可以通过编程预定（tick rate） 直接用处： 更新系统运行时间 更新实际时间 定期均衡运行队列（SMP上） 时间片 定期统计,Linux中时间表示(HZ),节拍率(HZ) 系统定时器频率，可以通过设置修改，系统启动时设置，不同体系结构下不同。 如：在include/asm-i386/param.h中： #define Hz 1000 /相当于1秒中断1000次 思考：时间的精确性 书上P116表9-1给出一般情况下各种体系结构下的时钟中断频率 理想的HZ值应该是多少？ 多时会产生中断频繁 但提高精度（分析：平均误差）,Linux中时间表示(HZ),精度提高的进一步讨论 一些关键

3、系统调用的效率提高（poll(),select()） 进程抢占的精度提高 时间测量方面精度提高 中断次数增加带来的问题 综合考虑认为目前体系结构的系统设为1000可以忍受。,Linux中时间表示(jiffies),全局变量，用来记录系统启动以来产生的节拍总数 在中定义： Extern unsigned long volatile jiffies;响应地有： Seconds* HZ = jiffies; (jiffies/HZ) = seconds;（还有一些其他的转换） 有关jiffies的内部位数问题： 溢出时间问题 64位问题（2.6中）,Linux中时间表示(jiffies),64位与3

4、2位的结合 Jiffies的回绕 unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; /*执行一些任务.*/ if (timeout jiffies) 未超时，正常处理 else 超时，错误处理； ,Linux中时间表示(jiffies),回绕的处理： time_after Time_before Time_after_eq Time_before_eq 分析怎样避免的回绕影响(借用了LONG的符号),Linux中时间表示(用户空间和HZ),内核改变HZ的值会影响一些基于原来值的应用 内核需要导出合适的jeffies值 若新旧HZ数差整数倍则比较简单 #define

5、 jiffies_to_clock(x)(x)/(HZ/USER_HZ) 否则，需要向时间上做一下转换，误差会小一些。 思考一下，为什么？,硬件时钟和定时器,体系结构提供了两种设备计时 系统定时器 实时时钟（RTC），不开机时靠电池供电工作，系统启动时，初始化xtime变量。,Linux下的时钟中断和相关时间应用,时钟中断处理程序做的工作： 获得xtime_lock锁，对jiffies_64和xtime进行保护（为什么jiffies不用保护） 应答或重新设置系统时钟 周期性地使用墙上时间更新实时时钟 调用体系结构无关的时钟例程：do_timer(): Jiffies_64变量加1 更新资源消耗

6、的统计值 执行到期的动态定时器 执行sheduler_tick()函数 更新墙上时间并存到xtime变量中 计算平均负载值,Linux下的时钟中断和相关时间应用,Do_timer() void do_timer(struct pt_regs *regs) jiffies_64+; update_process_times(user_mode(regs); update_times(); ,Linux下的时钟中断和相关时间应用,Void update_process_times(int user_tick) Struct task_struct *p = current; Int cpu = s

7、mp_processor_id() Int system = user_tick 1; (见书上P123),Linux下的时钟中断和相关时间应用,统计的不精确性 根据上面的处理可以看出，一个节拍的时间要么给一个用户进程，要么给系统，这样做很不精确，因为在一个节拍中进程可能多次进入。这也是要采取更高频率的原因。,Linux下的时钟中断和相关时间应用,更新墙上时钟 Void update_times(void) unsigned long ticks; ticks = jiffies wall_jiffies; if (ticks) wall_jiffies += ticks; update_wa

8、ll_time(ticks); last_time_offset = 0; calc_load(ticks); ,Linux下的时钟中断和相关时间应用,实际时间 定义在中，形式如下： Struct timespec Time_t tv_sec; Long tv_nsec; ,Linux下的时钟中断和相关时间应用,实际时间的更新和读取都需要锁。 Write_seqlock(P125),Linux下的时钟中断和相关时间应用,从用户空间获取时间的调用为 Gettimeofday() 内核中对应的系统调用为：sys_gettimeofday() P125,Linux下的时钟中断和相关时间应用,动态定时

9、器 一些工作要在后面一个相当的时间执行，这就需要定时器的控制，定时器有时也称内核定时器 使用定时器 定时器由timer_list表示，定义在中。 具体结构见：P126 定义：struct timer_list my_timer; 初始化：init_timer(,Linux下的时钟中断和相关时间应用,其他几个函数 Mod_timer() Del_timer(),Linux下的时钟中断和相关时间应用,定时器竞争条件 定时器的实现 在时钟中断处理程序的下半部执行：update_process_timers()函数，该函数调用run_local_timers() raise_softirq(TIMER

10、_SOFTIRQ); ,Linux下的时钟中断和相关时间应用,延迟执行 忙等待 短延迟,Linux内存页,内核中内存的分配要复杂的多 内核以物理页为单位分配内存 物理页的大小取决于体系结构，一般 4kB 8kB,Linux内存页,数据结构：中定义： Struct page unsigned long flags; Atomic_t count; Struct list_head list; Struct address_space *mapping; Unsigned long index; Struct list_head lru; Union struct pte_chain *chain

11、; pte_addr_t direct; pte Unsigned long private; Void *virtual;,Linux内存区,由于硬件的限制，内核并不能对所有的页一样看待。这样内核需要对页进行分类，分不同的区域。 一些硬件只能允许某些特定的内存地址来执行DMA. 一些体系结构其内存的物理地址范围比虚拟寻址范围大得多。这样有一些内存就不能总是映射到内核空间上。 Linux对应有三个区 ZONE_DMA ZONE_NORMAL ZONE_HIGHMEM （P135）,内存管理提供的服务,获得页 Alloc_pages() Page_address(struct page *page) _get_free_pages() al