五、好大一棵樹：高精度定時器的實(shí)現(xiàn)

在低精度下，級聯(lián)方式管理的定時

器非常地高效，每一次時鐘中斷，只需要判斷第一組下的表項(xiàng)(index = base->timer_jiffies & 255)是否有定時器即可。但到了高精度下，情況就不一樣了，老革命遇到了新問題，高精度定時器的定時精度為納級，而低精度下為毫秒級，

差了兩個數(shù)量級，每秒鐘就有1000000000個納秒。如果還按級聯(lián)方式來做的話，系統(tǒng)得有多少個表項(xiàng)啊，需要多少內(nèi)存啊。而且原來的級聯(lián)方式是根據(jù)jiffies和32位系統(tǒng)來做的，因此，最終系統(tǒng)采用了紅黑樹來管理定時器。更詳細(xì)的描述可以參考源碼樹的hrtimes.txt文件。

由于系統(tǒng)jiffies為毫秒級，而高精度定時器為納秒級，那么使用jiffies來表示已經(jīng)不合適了，因此，系統(tǒng)引入了ktime_t來表示時間，ktime_t實(shí)際為一個64bit的值，如果系統(tǒng)為32位，則為兩個32bit的聯(lián)合體。并引入了一堆接口做時間換算。

下面看看高精度定時器的觸發(fā)處理hrtimer_interrupt：

1，從紅黑樹取定時器節(jié)點(diǎn)(啟動定時器時已經(jīng)按照定時時間插入樹中)，判斷是否超時，

2，處理定時器的回調(diào)，

3，所有超時定時器已經(jīng)處理完畢，設(shè)置時鐘芯片下一個定時時間。

高精度定時器可以基于兩種時鐘，一個是單調(diào)時鐘，系統(tǒng)啟動為0開始遞增；一個是實(shí)際時間。

單調(diào)時鐘是不會變化的，而實(shí)際時間是有可能變化的，比如調(diào)用了settimeofday接口，這時候定時器怎么處理？

系統(tǒng)計(jì)算當(dāng)前時間與設(shè)置時間的差值，并從紅黑樹獲取第一個定時器節(jié)點(diǎn)(最先超時)，超時時間加上差值(可能為正也可能為負(fù))，以此結(jié)果重新設(shè)置時鐘芯片的觸發(fā)時間。時鐘芯片觸發(fā)時，需要對每一個定時器進(jìn)行時間補(bǔ)償。

六、tick時鐘

沒有啟動動態(tài)時鐘的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部有一個以固定周期觸發(fā)的定時器，它就是tick時鐘。

七、動態(tài)時鐘(tickless)

第六節(jié)tick時鐘介紹了系統(tǒng)的周期時鐘是以固定的時間間隔觸發(fā)，超時處理函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。但實(shí)際上，在不是很繁忙的系統(tǒng)上(最直觀的方法就是CPU占有率)，大多數(shù)情況下，系統(tǒng)都是空閑的，由于該tick值較短(依賴于配置，常見的為10毫秒或者4毫秒)，超時后發(fā)現(xiàn)沒有事情需要處理，又接著運(yùn)行IDLE任務(wù)或者CPU進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，這個超時處理是很浪費(fèi)。考慮一個人，沒有事情做的時候想打個盹，但又怕錯過，不得不眼睛剛瞇上，又得睜開問有沒有事情做，還能睡好嗎？那能不能在只有事情處理的時候才叫醒他呢？

在內(nèi)核就實(shí)現(xiàn)了類似的機(jī)制，這就是動態(tài)時鐘。所謂動態(tài)時鐘，就是當(dāng)系統(tǒng)空閑時，它不是采用周期性的tick超時，而是判斷系統(tǒng)的下一個超時處理時間，如果超時處理時間大于1個tick值(小于則沒有啟動動態(tài)時鐘的意義)，則對時鐘設(shè)備進(jìn)行編程，讓時鐘設(shè)備以單觸發(fā)的方式，在指定的超時時間觸發(fā)。簡單說，動態(tài)時鐘就是在空閑態(tài)下，系統(tǒng)節(jié)拍不是固定周期觸發(fā)的，是通過計(jì)算得出的，這就是動態(tài)的含義，可以認(rèn)為是tick周期時鐘的擴(kuò)展。

當(dāng)指定的超時時間到達(dá)之后或者被其他外部中斷提前喚醒后，系統(tǒng)為下一個時鐘信號編程，參見tick_nohz_restart_sched_tick->tick_nohz_restart

系統(tǒng)空閑時的相關(guān)處理函數(shù)參見cpu_idle->tick_nohz_stop_sched_tick。

相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參見struct tick_sched(該結(jié)構(gòu)同時也是高精度定時器下的tick時鐘的實(shí)現(xiàn))。

特別的是，動態(tài)時鐘機(jī)制是否支持是在編譯時指定的，使能編譯宏CONFIG_NO_HZ才會支持。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux内核定时唤醒,Linux内核时钟与定时器的实现的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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