Linux时间子系统之一：clock source（时钟源） .

clock source用于为linux内核提供一个时间基线，如果你用linux的date命令获取当前时间，内核会读取当前的clock source，转换并返回合适的时间单位给用户空间。在硬件层，它通常实现为一个由固定时钟频率驱动的计数器，计数器只能单调地增加，直到溢出为止。时钟源是内核计时的基础，系统启动时，内核通过硬件RTC获得当前时间，在这以后，在大多数情况下，内核通过选定的时钟源更新实时时间信息（墙上时间），而不再读取RTC的时间。本节的内核代码树基于V3.4.10。

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1.  struct clocksource结构

内核用一个clocksource结构对真实的时钟源进行软件抽象，现在我们从clock source的数据结构开始，它的定义如下：

struct clocksource {
	/*
	 * Hotpath data, fits in a single cache line when the
	 * clocksource itself is cacheline aligned.
	 */
	cycle_t (*read)(struct clocksource *cs);
	cycle_t cycle_last;
	cycle_t mask;
	u32 mult;
	u32 shift;
	u64 max_idle_ns;
	u32 maxadj;
#ifdef CONFIG_ARCH_CLOCKSOURCE_DATA
	struct arch_clocksource_data archdata;
#endif

	const char *name;
	struct list_head list;
	int rating;
	int (*enable)(struct clocksource *cs);
	void (*disable)(struct clocksource *cs);
	unsigned long flags;
	void (*suspend)(struct clocksource *cs);
	void (*resume)(struct clocksource *cs);

	/* private: */
#ifdef CONFIG_CLOCKSOURCE_WATCHDOG
	/* Watchdog related data, used by the framework */
	struct list_head wd_list;
	cycle_t cs_last;
	cycle_t wd_last;
#endif
} ____cacheline_aligned;

1.1  rating：时钟源的精度

1.2  read回调函数

1.3  mult和shift字段

t = cycle/F;

t = (cycle * mult) >> shift;

F = (1 << shift) / mult;

static inline s64 clocksource_cyc2ns(cycle_t cycles, u32 mult, u32 shift)
{
        return ((u64) cycles * mult) >> shift;
}

2.  clocksource的注册和初始化

通常，clocksource要在初始化阶段通过clocksource_register_hz函数通知内核它的工作时钟的频率，调用的过程如下：


由上图可见，最终大部分工作会转由__clocksource_register_scale完成，该函数首先完成对mult和shift值的计算，然后根据mult和shift值，最终通过clocksource_max_deferment获得该clocksource可接受的最大IDLE时间，并记录在clocksource的max_idle_ns字段中。clocksource_enqueue函数负责按clocksource的rating的大小，把该clocksource按顺序挂在全局链表clocksource_list上，rating值越大，在链表上的位置越靠前。

3.  clocksource watchdog

系统中可能同时会注册对个clocksource，各个clocksource的精度和稳定性各不相同，为了筛选这些注册的clocksource，内核启用了一个定时器用于监控这些clocksource的性能，定时器的周期设为0.5秒：

#define WATCHDOG_INTERVAL (HZ >> 1)
#define WATCHDOG_THRESHOLD (NSEC_PER_SEC >> 4)

当有新的clocksource被注册时，除了会挂在全局链表clocksource_list外，还会同时挂在一个watchdog链表上：watchdog_list。定时器周期性地（0.5秒）检查watchdog_list上的clocksource，WATCHDOG_THRESHOLD的值定义为0.0625秒，如果在0.5秒内，clocksource的偏差大于这个值就表示这个clocksource是不稳定的，定时器的回调函数通过clocksource_watchdog_kthread线程标记该clocksource，并把它的rate修改为0，表示精度极差。

4.  建立clocksource的简要过程

在系统的启动阶段，内核注册了一个基于jiffies的clocksource，代码位于kernel/time/jiffies.c：

struct clocksource clocksource_jiffies = {
	.name		= "jiffies",
	.rating		= 1, /* lowest valid rating*/
	.read		= jiffies_read,
	.mask		= 0xffffffff, /*32bits*/
	.mult		= NSEC_PER_JIFFY << JIFFIES_SHIFT, /* details above */
	.shift		= JIFFIES_SHIFT,
};
......

static int __init init_jiffies_clocksource(void)
{
	return clocksource_register(&clocksource_jiffies);
}

core_initcall(init_jiffies_clocksource);

struct clocksource * __init __weak clocksource_default_clock(void)
{
	return &clocksource_jiffies;
}

static int __init clocksource_done_booting(void)
{
        ......
	curr_clocksource = clocksource_default_clock();
        ......
	finished_booting = 1;
        ......
	clocksource_select();
        ......
	return 0;
}
fs_initcall(clocksource_done_booting);