第七章：时间延迟及延缓操作

1.内核定时器

 

   1.1  HZ和jiffies

 

   系统定时器以可编程的频率中断处理器，此频率即为每秒的定时器节拍数，对应着内核变量HZ，HZ越大，定时器间隔越小，进程调用的准确性也会越高，但是HZ越大也会导致开销和电源消耗增大，更多的处理器周期耗费在定时器中断上下文中。

   HZ的值取决于体系架构，通常为50-1200，定义在或者该文件包含的某个子平台相关的文件中。

 

   jiffies变量记录了系统启动以来，系统定时器已经触发的次数，内核每秒钟将jiffies变量增加HZ次，因此，对应HZ为100的系统，一个jiffy等于10ms，对应HZ为1000的系统，一个jiffy对应1ms。

   注意，jiffies变量定义为volatile，它告诉编译器不要优化该变量的存取，确保每次都会从内存去拿该数据，保证了该变量的最新状态。

 

下面的代码摘自drivers/ide/ide.c,使用到了jiffies和HZ

unsigned int timeout = jiffies + (3*HZ); //timeout after 3s.

while(hwgroup->busy){
  /*...*/
  if(time_after(jiffies,timeout))   // return -EBUSY after 3s if hwgroup is always busy.
    return -EBUSY;
  /*...*/
}

 

   1.2  长延时

 

   在内核中，以jiffies为单位的延时都认为是长延时。长延时技术仅仅适用于进程上下文，因为睡眠等待不能用于中断上下文。

 

   几种长延时技术：

   ①.  忙等待：站着茅坑不拉屎，可能的代码片段如下：

  

unsigned int timeout = jiffies + HZ;
while(time_before(jiffies,timeout))
  continue;

   ②. 睡眠等待：在等待过程中让出处理器,可能的代码片段如下：

unsigned int timeout = HZ;
schedule_timeout(timeout);

  msleep(); // ms as unit

   ③. 内核定时器API

#include<linux/timer.h>

struct timer_list my_timer;

init_timer(&my_timer);
my_timer.expire = jiffies + n * HZ;
my_timer.function = timer_func;
my_timer.data = func_parameter;
add_timer(&my_timer);

//上述代码只会让定时器运行一次，如果要周期性运行，需在timer_func中重新初始化一次

static void timer_func(unsigned long func_parameter)
{
   /*...*/
   init_timer(&my_timer);
   my_timer.expire = jiffies + n * HZ;
   my_timer.function = timer_func;
   my_timer.data = func_parameter;
   add_timer(&my_timer);

}

另外还有mod_timer修改定时器expire时间，del_timer()取消定时器，或者用timer_pending()查看my_timer是否处于等待状态。查看kernel/timer.c发现schedule_timeout()内部使用了这些API.

   1.3  短延时

   在内核中，小于jiffies的延时认为是短延时，在进程上下文或者中断上下文都有可能发生，此时唯一的解决办法就是使用忙等待。

   实现短延时的API包括： 

void udelay(unsigned long);
void ndelay(unsigned long);

这三个函数分别对应ms，us，ns级的短延时，具体实现取决于体系架构。

  忙等待的实现方法是测量处理器执行一条指令的时间，为了延时，执行一定数量的指令。

2.延缓操作

 

  中断处理程序要求尽可能的快，但是如果我们需要在响应中断处理中完成大量的设备数据处理，此时就产生了一个矛盾，因此中断处理过程被分成两部分：一个急切抢占并与硬件交互的顶半部，一个处理所有使能的中断的并不急切的底半部。如下三种机制可以将工作解析到底半部执行：

 

   *  softirq

   *  tasklet

   *  work queue

 

下图对三种机制进行了对比：