2015年（100）
分类： LINUX
2015-05-12 00:10:54
原文地址：Linux内核中断及定时器实现 作者：dmacy
定时器是Linux提供的一种定时服务的机制。它在某个特定的时间唤醒某个进程，来做一些工作。Linux初始化时，init_IRQ（）函数设定8253的定时周期为10ms（一个tick值）。同样，在初始化时，time_init（）用setup_irq（）设置时间中断向量irq0，中断服务程序为timer_interrupt。
在2.4版内核及较早的版本当中，定时器的中断处理采用底半机制，底半处理函数的注册在start_kernel（）函数中调用sechd_init（），在这个函数中又调用init_bh(TIMER_BH, timer_bh)注册了定时器的底半处理函数。然后系统才调用time_init（）来注册定时器的中断向量和中断处理函数。
在中断处理函数timer_interrupt（）中，主要是调用do_timer（）函数完成工作。do_timer（）函数的主要功能就是调用mark_bh（）产生软中断，随后处理器会在合适的时候调用定时器底半处理函数timer_bh（）。在timer_bh（）中，实现了更新定时器的功能。
void do_timer(struct pt_regs *regs)
{
(*(unsigned long *)&jiffies)++;
update_process_times(user_mode(regs));
mark_bh(TIMER_BH);
}
而在内核2.6版本以后，定时器中断处理采用了软中断机制而不是底半机制。时钟中断处理函数仍然为timer_interrup（）-> do_timer_interrupt（）－> do_timer_interrupt_hook（）－> do_timer（）。不过do_timer（）函数的实现有所不同：
void do_timer(struct pt_regs *regs)
{
jiffies_64++;
update_process_times(user_mode(regs));
update_times();
}
两者所调用的函数基本相同，但是
void update_process_times(int user_tick)
{
struct task_struct *p = current;
int cpu = smp_processor_id(), system = user_tick ^ 1;
update_one_process(p, user_tick, system, cpu);
run_local_timers();
scheduler_tick(user_tick, system);
}
update_process_times（）调用run_local_timers（）引起TIMER_SOFTIRQ定时器软中断，处理器在随后的合适的时机运行软中断处理函数run_timer_softirq，这个函数是在init_timers（）函数中注册的：
void __init init_timers(void)
{
timer_cpu_notify(&timers_nb, (unsigned long)CPU_UP_PREPARE,
(void *)(long)smp_processor_id());
register_cpu_notifier(&timers_nb);
open_softirq(TIMER_SOFTIRQ, run_timer_softirq, NULL);
}
事实上软中断处理函数run_timer_softirq（）并没有做什么工作，主要的任务还是通过调用__run_timers（）函数完成的，这个函数相当于
static inline void __run_timers(tvec_base_t *base)
{
struct timer_list *timer;
spin_lock_irq(&base->lock);
/*这里进入定时器处理循环，利用系统全局jiffies与定时器基准jiffies进行对比，如果前者大，则表明有某些定时器需要进行处理了，否则表示所有的定时器都没有超时*/
while (time_after_eq(jiffies, base->timer_jiffies)) {
struct list_head work_list = LIST_HEAD_INIT(work_list);
struct list_head *head = &work_list;
int index = base->timer_jiffies & TVR_MASK;
/*
在时间列表数据结构当中查找是否存在需要进行超时处理的定时器，时间列表的数据结构定义如下：
typedef struct tvec_s {
struct list_head vec[TVN_SIZE];
} tvec_t;
typedef struct tvec_root_s {
struct list_head vec[TVR_SIZE];
} tvec_root_t;
struct tvec_t_base_s {
spinlock_t lock;
unsigned long timer_jiffies;
struct timer_list *running_timer;
tvec_root_t tv1;
tvec_t tv2;
tvec_t tv3;
tvec_t tv4;
tvec_t tv5;
} ____cacheline_aligned_in_smp;
*/
if (!index &&
(!cascade(base, &base->tv2, INDEX(0))) &&
(!cascade(base, &base->tv3, INDEX(1))) &&
!cascade(base, &base->tv4, INDEX(2)))
cascade(base, &base->tv5, INDEX(3));
++base->timer_jiffies;
list_splice_init(base->tv1.vec + index, &work_list);
repeat:
/*如果当前找到的时间数组对应的列表不为空，则表明该列表上串连的所有定时器都已经超时，循环调用每个定时器的处理函数，并将其从列表中删除，直到列表为空为止。*/
if (!list_empty(head)) {
void (*fn)(unsigned long);
unsigned long data;
timer = list_entry(head->next,struct timer_list,entry);
fn = timer->function;
data = timer->data;
list_del(&timer->entry);
set_running_timer(base, timer);
smp_wmb();
timer->base = NULL;
spin_unlock_irq(&base->lock);
fn(data);
spin_lock_irq(&base->lock);
goto repeat;
}
}
set_running_timer(base, NULL);
spin_unlock_irq(&base->lock);
}
