5.定时

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我是靠谱客的博主曾经跳跳糖，最近开发中收集的这篇文章主要介绍5.定时，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

80x86体系上，内核必须显式与几种时钟、定时器打交道。时钟电路：跟踪当前时间，产生精确的度量。定时器电路由内核编程，所以以固定的、预先定义的频率发出中断。

1.实时时钟（RTC）：所有PC都有一个，它独立于CPU及其它芯片，断电仍运行，靠小电池供电。RTC可以以2～8192Hz的频率在IRQ8上发周期性中断。Linux只用RTC获取当前时间、日期。

2.时间戳计数器（TSC）：80x86CPU都有一个计数器（硬件）。在CPU的CLK接收到外部晶振振荡时，计数器加1。这个值存放在64位的寄存器中，汇编指令rdtsc读该寄存器。读取后若想换成需要的时间值，得考虑时钟信号的频率。

3.可编程间隔定时器（PIT）：它一般是个8254CMOS芯片。它永远以固定频率（大约1000Hz）向IRQ0发中断。这个间隔叫一个“节拍”（tick）。tick是OS的指挥棒（注意是OS，不是CPU，CPU是外部时钟晶振）。tick越短，分辨率越高，但CPU在内核态花时间多，这个频率取决于硬件。PIT由setup_pit_timer()初始化。所谓初始化，无非是对8254芯片内寄存器赋初值。现在考虑2中，OS如何知道CPU频率？只要PIT定个5ms，测其中tsc的信号个数，即可算出。系统初始化时也确实这么做的。

4.CPU本地定时器：最近的80x86的APIC中，类似于3的PIC。但它基于总线时钟，而PIT独立。

5.HPET：高精度事件定时器。由Intel与Microsoft联合开发。下一代可能用它取代8254的PIT。

6.ACPI电源管理定时器：包含在几乎所有的基于ACPI的主板上。3.58M固定频率。实际上它就是简单的计数器，一节拍加1 。内核要靠询问某I/O端口来读计数器。此端口在BIOS在初始化时确定。

以上是常见的硬件电路。Linux要利用它们来完成相关的定时、周期性的操作。Linux的计时体系结构（timekeeping architecture）是一组与时间流相关的内核数据结构和函数。单处理器，多处理器有很大不同，此处只谈单处理器。单处理器上，计时活动都是由全局定时器（PIT或HPET）产生的中断触发。

定时器体系机构的数据结构首先是“定时器对象”，由定时器名称和4个标准方法组成，此对象pet_offset可获得到上一节拍的时间（微秒），叫“定时插补”。cur_timer指出系统可用的定时器对象中最好的。“好”的定义：HPET>ACPI>TSC>PIT。第二个重要的变量是jiffies变量，它记录自系统启动以来产生的节拍总数。32位的话50天会回绕，但有相应的宏处理，所以不用担心。80x86的jiffies作一个64位的低32位。这个64位即jiffies_64。第三个变量是xtime。其中的tv_sec存1970年来的秒数。tv_nsec存放上一秒以来的纳秒。

在单处理器系统中，所有的活动都IRQ0上的PIT触发中断的，初始化时，先从RTC中初始化xtime。确定是用HPET还是PIT发IRQ0。随后选出“最好的”定时器资源让cur_timer指向它，接着，创建IRQ0的中断门。这里要分清，内核选什么做IRQ0外设，选什么测时间。在中断程序中，用测量对象的make_offset计算offset，offset的计算放在中断开头最准。若最好的对象是PIT，那么offset为空，因为它没有其他电路提供比IRQ0更精准的偏移。这里要注意它的计算要考虑到关中断引起的节拍丢失。在中断处理程序中，随后做的是jiffies_**更新、xtime的更新、CPU相关统计资源的更新等。其中，有一重要的步骤是激活软中断。

至此，可以理解软定时器的实现就是将jiffies加上合适的节拍，当内核检查到真正的jiffies的值和这它一致，说明软定时到时。但因为定时器函数到期否由可延迟函数检查，所以可能有几百毫秒的误差。软定时器的一种叫动态定时器，供内核使用。动态的含义是指定时器的相关数据结构被一个链表串起，方便维护。另一种叫间隔定时器，它可由用户态调用。有时，内核要一个几百毫秒的小间隔时不采用定时器实现，而用延迟函数。延迟函数由定时器对象的delay方法实现。