linux的時間管理和定時器原理

本篇內容主要講解“linux的時間管理和定時器原理”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“linux的時間管理和定時器原理”吧!

linux初始化的時候，初始化了定時相關的代碼。

   
     
 
    
    
void sched_init(void)
{
	...
	// 43是控制字端口，0x36=0x00110110,即二進制，方式3，先讀寫低8位再讀寫高8位，選擇計算器0
	outb_p(0x36,0x43);		/* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
	/*
		寫入初始值，40端口是計數通道0，初始值
		的含義是，8253每一個波動，初始值會減一，減到0則輸出一個通知，
		LATCH = (1193180/100),1193180是8253的工作頻率，
		一秒鐘波動1193180次。(1193180/100)就是(1193180/1000)*10，即
		(1193180/1000)減到0的時候，過去了1毫秒。乘以10即過去10毫秒。
	*/
	outb_p(LATCH & 0xff , 0x40);	/* LSB */
	// 再寫8位
	outb(LATCH >> 8 , 0x40);	/* MSB */
	// 設置定時中斷處理函數，中斷號是20,8253會觸發該中斷
	set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt);
	...
}

_timer_interrupt:
	push %ds		# save ds,es and put kernel data space
	push %es		# into them. %fs is used by _system_call
	push %fs
	pushl %edx		# we save %eax,%ecx,%edx as gcc doesn't
	pushl %ecx		# save those across function calls. %ebx
	pushl %ebx		# is saved as we use that in ret_sys_call
	pushl %eax
	movl $0x10,%eax
	mov %ax,%ds
	mov %ax,%es
	movl $0x17,%eax
	mov %ax,%fs
	incl _jiffies
	movb $0x20,%al		# EOI to interrupt controller #1
	outb %al,$0x20
	movl CS(%esp),%eax
	andl $3,%eax		# %eax is CPL (0 or 3, 0=supervisor)
	pushl %eax
	call _do_timer		# 'do_timer(long CPL)' does everything from
	addl $4,%esp		# task switching to accounting ...
	jmp ret_from_sys_call
   
     
 
    
    

我們看到中斷的時候執行了do_timer函數，該函數就是處理定時器和進程調度的。在此之前我們先看看怎么新增一個定時器。

   
     
 
    
    
#define TIME_REQUESTS 64

// 定時器數組，其實是個鏈表
static struct timer_list {
	long jiffies;
	void (*fn)();
	struct timer_list * next;
} timer_list[TIME_REQUESTS], * next_timer = NULL;

void add_timer(long jiffies, void (*fn)(void))
{
	struct timer_list * p;

	if (!fn)
		return;
	// 關中斷，防止多個進程”同時“操作
	cli();
	// 直接到期，直接執行回調
	if (jiffies <= 0)
		(fn)();
	else {
		// 遍歷定時器數組，找到一個空項
		for (p = timer_list ; p < timer_list + TIME_REQUESTS ; p++)
			if (!p->fn)
				break;
		// 沒有空項了
		if (p >= timer_list + TIME_REQUESTS)
			panic("No more time requests free");
		// 給空項賦值
		p->fn = fn;
		p->jiffies = jiffies;
		// 在數組中形成鏈表
		p->next = next_timer;
		// next_timer指向第一個節點，即最早到期的
		next_timer = p;
		/*
			修改鏈表，保證超時時間是從小到大的順序
			原理：
				每個節點都是以前面一個節點的到時時間為坐標，節點里的jiffies即超時時間
				是前一個節點到期后的多少個jiffies后該節點到期。
		*/
		while (p->next && p->next->jiffies < p->jiffies) {
			// 前面的節點比后面節點大，則前面節點減去后面節點的值，算出偏移值，下面準備置換位置
			p->jiffies -= p->next->jiffies;
			// 先保存一下
			fn = p->fn;
			// 置換兩個節點的回調
			p->fn = p->next->fn;
			p->next->fn = fn;
			jiffies = p->jiffies;
			// 置換兩個節點是超時時間
			p->jiffies = p->next->jiffies;
			p->next->jiffies = jiffies;
			/*
				到這，第一個節點是最快到期的，還需要更新后續節點的值，其實就是找到一個合適的位置
				插入，因為內核是用數組實現的定時器隊列，所以是通過置換位置實現插入，
				如果是鏈表，則直接找到合適的位置，插入即可，所謂合適的位置，
				就是找到第一個比當前節點大的節點，插入到他前面。
			*/
			p = p->next;
		}
		/*
			內核這里實現有個bug，當當前節點是最小時，需要更新原鏈表中第一個節點的值，，
			否則會導致原鏈表中第一個節點的過期時間延長，修復代碼如下：
			if (p->next && p->next->jiffies > p->jiffies) {
				p->next->jiffies = p->next->jiffies - p->jiffies;
			}	
			即更新原鏈表中第一個節點相對于新的第一個節點的偏移，剩余的節點不需要更新，因為他相對于
			他前面的節點的偏移不變，但是原鏈表中的第一個節點之前前面沒有節點，所以偏移就是他自己的值，
			而現在在他前面插入了一個節點，則他的偏移是相對于前面一個節點的偏移
		*/
	}
	sti();
}


   
     
 
    
    

上面是示例圖。這樣就完成了定時節點的插入。我們再回頭看一下do_timer的代碼，即系統由定時中斷時執行的代碼。

   
     
 
    
    
void do_timer(long cpl)
{
	...
	// 當前在用戶態，增加用戶態的執行時間，否則增加該進程的系統執行時間
	if (cpl)
		current->utime++;
	else
		current->stime++;
	// next_timer為空說明還沒有定時節點
	if (next_timer) {
		// 第一個節點減去一個jiffies，因為其他節點都是相對第一個節點的偏移，所以其他節點的值不需要變
		next_timer->jiffies--;
		// 當前節點到期，如果有多個節點超時時間一樣，即相對第一個節點偏移是0，則會多次進入while循環
		while (next_timer && next_timer->jiffies <= 0) {
			void (*fn)(void);

			fn = next_timer->fn;
			next_timer->fn = NULL;
			next_timer = next_timer->next;
			(fn)();
		}
	}
	...
	// 進程調度
	schedule();
}
   
     
 
    
    

我們發現，add_timer的時候已經算好了定時器的順序是從先到期到后到期的，并且后面的節點是相對前面節點的偏移，所以判斷超時的時候，只需要從前往后判斷，如果第一節點沒到期則后面的也不會到期，如果第一個到期，則繼續判斷下一個節點。把耗時的操作放到新增節點的時候，因為新增定操作是很少且不頻繁的，但是定時中斷是頻繁的操作。所以這樣就保證了性能。最后我們還發現，操作系統就是在這里通過schedule函數處理進程調度的。即沒10毫秒，系統進程一次進程調度。

到此，相信大家對“linux的時間管理和定時器原理”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！