中国科学技术大学计算机系 陈香兰（0551－3606864） xlanchen@ustc.edu.cn Spring 2009 Linux内核源代码导读 中国科学技术大学计算机系 陈香兰（0551－3606864） xlanchen@ustc.edu.cn Spring 2009
Linux中的 时钟和定时测量
定时测量 Linux内核提供两种主要的定时测量 定时测量是由基于固定频率振荡器和计数器的几个硬件电路完成的 获得当前的时间和日期 维持定时器 系统调用：time(), ftime()以及gettimeofday() 维持定时器 settimer(), alarm() 定时测量是由基于固定频率振荡器和计数器的几个硬件电路完成的 2019/5/3 Linux内核源代码导读
硬时钟 80x86体系结构上，内核必须显式的与四种时钟打交道 实时时钟Real time clock，RTC 时间戳计数器Time stamp counter，TSC 可编程间隔定时器Programmable interval timer, PIT SMP系统上的本地APIC定时器 用于跟踪 当前时间 产生周期性的时钟中断， 用于计时 2019/5/3 Linux内核源代码导读
实时时钟RTC 基本上所有的PC都包含实时时钟 与CMOS RAM往往集成在一个芯片内 独立于CPU与所有其他芯片 依靠一个独立的小电池供电给RTC中的振荡器 即使关闭PC电源，还会继续运转 与CMOS RAM往往集成在一个芯片内 例如：Motorala 146818 能在IRQ8上发出周期性的中断，频率在2HZ~8192之间 可以对其编程实现一个闹钟 2019/5/3 Linux内核源代码导读
Linux本身只使用RTC获得时间和日期 对应的设备文件为/dev/rtc 内核通过0x70和0x71两个端口访问RTC 阅读mach_get_cmos_time 对应的设备文件为/dev/rtc 可以通过设备文件对其编程 内核通过0x70和0x71两个端口访问RTC 系统管理员可以通过执行时钟程序设置时钟 native_get_wallclock get_wallclock read_persistent_clock timekeeping_init、 timekeeping_resume、 timekeeping_suspend 2019/5/3 Linux内核源代码导读
时间戳计数器TSC 在80x86微处理器中，有一个CLK输入引线 从pentium开始，很多80x86微处理器都引入了一个TSC 接收外部振荡器的时钟信号 从pentium开始，很多80x86微处理器都引入了一个TSC 一个64位的、用作时间戳计数器的寄存器 它在每个时钟信号（CLK）到来时+1 例如时钟频率400MHz的微处理器，TSC每2.5ns就+1 rdtsc指令用于读该寄存器 2019/5/3 Linux内核源代码导读
在Linux2.6.26中，rdtscll()和rdtscl()用来读取TSC的值。 native_read_tsc EAX_EDX_RET、EAX_EDX_VAL针对是64位还是32位进行不同的处理，前者将rdtsc读到的值存放到val（64位的值）或者low和high（2个32位的值）中， 后者将val返回或者将low和high拼装成64位返回。 2019/5/3 Linux内核源代码导读
与后面介绍的可编程间隔定时器PIT相比，TSC可以获得更精确的时钟 为此，Linux在系统初始化的时候必须确定时钟信号CLK的频率（即CPU的实际频率） native_calculate_cpu_khz 根据在一个相对较长的时间间隔内所发生的TSC计数的个数进行计算 此间隔由可编程间隔定时器PIT给出，CALIBRATE_LATCH 由于只在系统初始化的时候运行，因此本程序可以执行较长时间，而不会引起问题 2019/5/3 Linux内核源代码导读
可编程间隔定时器PIT 经过适当编程后，可以周期性的给出时钟中断 通常是8254 CMOS芯片 Linux将PIT编程为： 使用I/O端口0x40~0x43 Linux将PIT编程为： 100Hz 通过IRQ0发出时钟中断 每10ms产生一次时钟中断，即一个tick 2019/5/3 Linux内核源代码导读
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Linux的计时体系结构 更新自系统启动以来所经过的时间 更新时间和日期 确定当前进程的执行时间，考虑是否要抢占 更新资源使用统计计数 检查到期的软定时器 2019/5/3 Linux内核源代码导读
计时体系结构中的关键数据结构和变量 Jiffies变量 时钟源 Xtime变量 2019/5/3 Linux内核源代码导读
Jiffies变量 记录系统自启动以来系统产生的tick数 每次时钟中断＋1 关于jiffies_64 2019/5/3 Linux内核源代码导读
时钟源 时钟源抽象 参见数据结构clocksource 缺省时钟源 2019/5/3 Linux内核源代码导读
clocksource_register clocksource_list 按rating排序 注册时钟源： clocksource_register clocksource_list 按rating排序 2019/5/3 Linux内核源代码导读
例如以tsc作为时钟源 2019/5/3 Linux内核源代码导读
又如pit作为时钟源 init_pit_clocksource将会注册此时钟源 2019/5/3 Linux内核源代码导读
Xtime变量 存放当前时间和日期 2019/5/3 Linux内核源代码导读
时间纪元 1970年1月1日（UTC）午夜 2019/5/3 Linux内核源代码导读
Xtime的更新 基本上每个tick更新一次 参见：update_wall_time 根据时钟源更新xtime的秒数和纳秒数 时钟源 2019/5/3 Linux内核源代码导读
X86中的时钟中断源及其初始化 start_kernel tick_init 滴答相关 初始化 init_timers 定时机制 相关 hrtimers_init 高精度定时器 相关 初始化 timekeeping_init Xtime相关 初始化 time_init sched_clock_init 调度相关 hpet_time_init setup_pit_timer 注册pit_clockevent为 Clockevent设备 并设置global_clock_event 2019/5/3 Linux内核源代码导读
需要寻找event_handler什么时候赋值的 ＝&pit_clockevent 需要寻找event_handler什么时候赋值的 2019/5/3 Linux内核源代码导读
tick_init调用clockevents_register_notifier注册tick_notifier到 clockevents_chain上 notifier_call_chain将会 遍历clockevents_chain tick_check_new_device tick_setup_device tick_setup_periodic __raw_notifier_call_chain tick_set_periodic_handler raw_notifier_call_chain 设置event_handler = tick_handle_periodic clockevents_do_notify tick_periodic clockevents_register_device do_timer update_process_times 2019/5/3 Linux内核源代码导读
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软定时器和延迟函数 软定时器 动态定时器（内核） 间隔定时器（可以用户） 延迟函数 2019/5/3 Linux内核源代码导读
动态定时器 动态定时器被动态的创建和撤销，当前活动的动态定时器个数没有限制 2019/5/3 Linux内核源代码导读
创建并激活一个动态定时器 创建一个新的timer_list对象 调用init_timer初始化，并设置定时器要处理的函数和参数 设置定时时间 使用add_timer加入到合适的链表中 通常定时器只能执行一次，如果要周期性的执行，必须再次将其加入链表 2019/5/3 Linux内核源代码导读
动态定时器的维护 2019/5/3 Linux内核源代码导读
数据结构 2019/5/3 Linux内核源代码导读
处理 2019/5/3 Linux内核源代码导读
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动态定时器应用之delayed work 2019/5/3 Linux内核源代码导读
动态定时器应用之schedule_timeout 2019/5/3 Linux内核源代码导读
延迟函数 参见delay.S 2019/5/3 Linux内核源代码导读
缺省为delay_loop 使用tsc时为delay_tsc 2019/5/3 Linux内核源代码导读
与定时测量相关的系统调用 time() ftime() gettimeofday() 返回从1970年1月1日凌晨0点开始的秒数 返回从1970年1月1日凌晨0点开始的秒数以及最后一秒的毫秒数 数据结构为timeb gettimeofday() 对应于sys_gettimeofday() 2019/5/3 Linux内核源代码导读
settimer() alarm() 间隔定时器 引起SIGALARM信号 频率：周期性的触发定时器（若为0，只触发一次） 2019/5/3 Linux内核源代码导读
与时钟相关的命令 date：显示或者更改系统时钟 使用time获得时钟 使用ctime改变时钟格式 2019/5/3 Linux内核源代码导读
Thanks！ The end.