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《Linux Device Drivers》第七章時間、延時及延緩操作――note

來源：程序員人生發(fā)布時間：2014-10-13 02:03:27 閱讀次數(shù)：3081次

度量時間差
- 內(nèi)核通過定時器中斷來跟蹤時間流
- 時鐘中斷由系統(tǒng)定時硬件以周期性的間隔產(chǎn)生，這個間隔由內(nèi)核根據(jù)HZ的值設(shè)定，在常見的x86 PC平臺上，默認(rèn)定義為1000
- <linux/param.h>
- <linux/timex.h>
- jiffies_64
- unsigned long jiffies
- 使用jiffies計數(shù)器
  - <linux/jiffies.h>
    - int time_after(unsigned long a, unsigned long b);
    - int time_before(unsigned long a, unsigned long b);
    - int time_after_eq(unsigned long a, unsigned long b);
    - int time_before_eq(unsigned long a, unsigned long b);
  - 通常只需要包含<linux/sched.h>
  - diff = (long)t2 -(long)t1
  - msec = diff * 1000 / HZ
  - <linux/times.h
    - unsigned long timespec_to_jiffies(struct timespec *value);
    - void jiffies_to_timespec(unsigned long jiffies, struct timespec *value);
    - unsigned long timeval_to_jiffies(struct timeval *value);
    - void jiffies_to_timeval(unsigned long jiffies, struct timeval *value);
  - u64 get_jiffies_64(void);
  - <linux/types.h>
  - proc/interrupts
- 處理器特定的寄存器
  - 最有名的計數(shù)器寄存器就是TSC
  - <asm/msr.h>
    - rdtsc(low32, high32);
    - rdtscl(low32);
    - rdtscl1(var64);
  - <linux/timex.h>
    - cycles_t get_cycles(void);
    1. define rdtscl(dest) __asm__ __volatile__(“mfs0 %0,$9; nop” : “=r” (dest))

獲取當(dāng)前時間
- 內(nèi)核提供將墻鐘時間轉(zhuǎn)換為jiffies值的函數(shù)
- <linux/time.h>
  - unsigned long mktime(unsigned int year, unsigned int mon, unsigned int day, unsigned int hour, unsigned int min, unsigned int sec);
  - void do_gettimeofday(struct timeval *tv);
  - struct timespec current_kernel_time(void);
延遲執(zhí)行
- 長延遲
  - 忙等待
    - while (time_before(jiffies, j1)) cpu_relax();
  - 讓出處理器
    - 在不需要CPU時主動釋放CPU
    - <linux/sched.h>
    - while (time_before(jiffies, j1)) schedule();
  - 超時
    - <linux/wait.h>
      - long wait_event_timeout(wait_queue_head_t q, condition c, long timeout);
      - long wait_event_interruptible_timeout(wait_queue_head_t q, condition c, long timeout);
      - timeout值表示的是要等的jiffies值，而不是絕對時間值
      - 如果超時到期，兩個函數(shù)返回0；如果進程由其他事件喚醒，則返回剩余的延遲實現(xiàn)
    - <linux/sched.h>
      - signed long schedule_timeout(signed long timeout);
      - set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
      - schedule_timeout(delay);
- 短延遲
  - <linux/delay.h>
    - void ndelay(unsigned long nsecs);
    - void udelay(unsigned long usecs);
    - void mdelay(unsigned long msecs);
    - 這三個延遲函數(shù)均是忙等待函數(shù)
    - unsigned long msleep_interruptible(unsigned int millisecs);
    - void ssleep(unsigned int seconds);
內(nèi)核定時器
- 一個內(nèi)核定時器是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它告訴內(nèi)核在用戶定義的時間點使用用戶定義的參數(shù)來執(zhí)行一個用戶定義的函數(shù)
- 內(nèi)核定時器常常是作為“軟件中斷”的結(jié)果而運行的
- 如果處于進程上下文之外，則必須遵守如下規(guī)則
  - 不允許訪問用戶空間
  - current指針在原子模式下是沒有任何意義的，也是不可用的
  - 不能執(zhí)行休眠或調(diào)度
- <asm/hardirq.h>
  - in_interrupt()
  - in_atomic()
- 任務(wù)可以將自己注冊以在稍后的時間重新運行
- 即使在單處理器系統(tǒng)上，定時器也會是競態(tài)的潛在來源
- 定時器API
  - <linux/timer.h>
    - struct timer_list
      - unsigned long expires;
      - void (*function)(unsigned long);
      - unsigned long data;
    - void init_timer(struct timer_list *time);
    - struct timer_list TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data);
    - void add_timer(struct timer_list *timer);
    - int del_timer(struct timer_list *timer);
    - expires字段表示期望定時器執(zhí)行的jiffies值
    - int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires);
    - int del_timer_sync(struct timer_list *timer);
    - int timer_pending(const struct timer_list *timer);
- 內(nèi)核定時器的實現(xiàn)
  - 內(nèi)核定時器的實現(xiàn)要滿足如下需求及假定
    - 定時器的管理必須盡可能做到輕量級
    - 其設(shè)計必須在活動定時器大量增加時具有很好的伸縮性
    - 大部分定時器會在最多幾秒或者幾分鐘內(nèi)到期，而很少存在長期延遲的定時器
    - 定時器應(yīng)該在注冊它的同一CPU上運行
  - 不管何時內(nèi)核代碼注冊了一個定時器，其操作最終會由internal_add_timer（定義在kernel/timer.c）執(zhí)行
  - 級聯(lián)表的工作方式如下
    - 如果定時器在接下來的0～255的jiffiew中到期，由該定時器就會被添加到256個鏈表中的一個（取決于expires字段的低8位值）
    - 如果定時器在較遠(yuǎn)的未來到期（但在16384個jiffies之前），則該定時器會被添加到64個鏈表之一（取決于expires字段的9～14位）
    - 對更遠(yuǎn)將來的定時器，相同的技巧用于15~20位、21~26位以及27～31位
    - 如果定時器的expires字段代表了更遠(yuǎn)的未來，則利用延遲0xfffffff做散列運算，而在過去時間內(nèi)到期的定時器會在下一個定時器滴答時被調(diào)度
  - 當(dāng)__run_times被激發(fā)時，它會執(zhí)行當(dāng)前定時器滴答上的所有掛起的定時器
tasklet
- 中斷管理中大量使用了這種機制
- 始終在中斷期間運行，始終會在調(diào)度它的同一CPU運行，接收一個unsigned long參數(shù)
- 不能要求tasklet在某個給定時間執(zhí)行
- <linux/interrupt.h>
  - struct tasklet_struct
    - void (*func)(unsigned long);
    - unsigned long data;
  - void tasklet_init(struct tasklet_struct *t, void (*func)(unsigned long), unsigned long data);
  - DECLARE_TASKLET(name, func, data);
  - DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data);
- 有意思的特性
  - 一個tasklet可以稍后被禁止或者重新啟用；只有啟用的次數(shù)和禁止的次數(shù)相同時，tasklet才會被執(zhí)行
  - 和定時器類似，tasklet可以注冊自己本身
  - tasklet可被調(diào)度以在通常的優(yōu)先級或者高優(yōu)先級執(zhí)行
  - 如果系統(tǒng)負(fù)荷不重，則tasklet會立即得到執(zhí)行，但始終不會晚于下一個定時器滴答
  - 一個tasklet可以和其他tasklet并發(fā)，但對自身來講是嚴(yán)格串行處理的
- void tasklet_disable(struct tasklet_struct *t);
- void tasklet_disable_nosync(struct tasklet_struct *t);
- void tasklet_enable(struct tasklet_struct *t);
- void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t);
- void tasklet_hi_schedule(struct tasklet_struct *t);
- void tasklet_kill(struct tasklet_struct *t);
- tasklet的實現(xiàn)在kernel/softirq.c中
工作隊列
- 與tasklet區(qū)別
  - tasklet在軟件中斷上下文中運行，因此，所有的tasklet代碼都必須是原子的。相反，工作隊列函數(shù)在一個特殊內(nèi)核進程的上下文中運行，因此它們具有更好的靈活性。尤其是，工作隊列函數(shù)可以休眠
  - tasklet始終運行在被初始提交的同一處理器上，但這只是工作隊列的默認(rèn)方式
  - 內(nèi)核代碼可以請求工作隊列函數(shù)的執(zhí)行延遲給定的時間間隔
- 工作隊列函數(shù)可具有更長的延遲并且不必原子化
- <linux/workqueue.h>
  - struct workqueue_struct
  - struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);
  - struct workqueue_struct *create_singlethread_workqueue(const char *name);
  - struct work_struct
  - DECLARE_WORK(name, void (*function)(void*), void *data);
  - INIT_WORK(struct work_struct *work, void (*function)(void *), void *data);
  - PREPARE_WORK(struct work_struct *work, void (*function)(void *), void *data);
  - int queue_work(struct workqueue_struct *queue, struct work_struct *work);
  - int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *queue, struct work_struct *work, unsigned long delay);
  - 以上兩個函數(shù)返回值為非零時意味著給定的work_struct結(jié)構(gòu)已經(jīng)等待在該隊列中
  - int cancel_delayed_work(struct work_struct *work);
    - 該入口項在開始執(zhí)行前被取消，則返回非零值
  - void flush_workqueue(struct workqueue_struct *queue);
  - void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *queue);
- 共享隊列
  - int schedule_work(struct work_struct *work);
  - void flush_scheduled_work(void)