QEMU最新定时器系统概述

这篇文章主要解释了QEMU的定时器系统，尤其是我最近提交的新定时器系统是如何工作的。
译文来自http://blog.alex.org.uk/2013/08/24/changes-to-qemus-timer-system/ 

定时器做什么？

定时器（QEMU定时器）提供了一种在时间段结束后的函数回调，并且传递了一个透明指针。

QEMU中有下面三种时钟系统：

1 实时时钟，即便是VM停止了，它仍然以1000HZ精度运转

2. 虚拟时钟，只有在VM运转时工作的高精度时钟

3. 宿主机时钟，可以像实时时钟那样在VM关闭时仍然工作，同时它有可以密切随系统时钟而更改。

时钟是一次性操作，只有在时间消耗完的时候调用回调函数，如果不重新加载将不再工作。我们可以在回调函数中重新设置时钟，以便让它重复利用。

最新实现有什么改变？

除了对API的更改，时钟只存在于主QEMU线程中，并且只在QEMU的主循环中运行。时钟过期则是由一个依赖于不同系统的二级报警时钟触发。 QEMUNotify 在notifier FD中发起一个write操作，也逐步终止所有的poll操作。 在qemu中， poll不再过期（而不像其他那些有期限的定时器），而是使用警报定时器（POSIX信号）来停止这些系统调用。

当然这些方法也造成了如下的一系列问题：

1 定时器只能在主循环中处理。 QEMU Aiocontext 有一个在快操作中运作的内部循环，而且这个操作可能运行很长时间。而由这些块设备产生的定时器不能在这个内部循环中被保证处理，尤其是在块设备层忙碌的时候。

2. 基本上定时器是一个单线程，而现存系统对额外线程机制以及AioContexts有很好的兼容计划

3 那些 警报定时器的系统实现代码并不是很漂亮

4 调用定时器的API 也很混乱

为了改善以上问题，我提交了31个patch：

1 重构了几乎所有的定时器代码

2. 使用了有过期的ppoll函数，而不是那些信号或者警报定时器，也因此删除了警报定时器的实现

3 把始终代码（QEMUClock）同定时器链表（QEMUTimerList）分离

4. 引入了一个时钟链表组（QEMUTimerListGroup）来允许独立线程或者其他用户定时器可以拥有他们自己的组。

5 整理了所有的API

那新的定时器系统如何工作呢？

下图非常好的阐述了两种对象之间的关系

每种时钟类型只有一个QEMUclock，代表了这种特别类型的时钟源。如上所述，目前只有三种时钟源。 在以前的实现中每一个时钟都有一个定时器链表。而现在只有运行的定时器被保存在QEMUTimerList中。时钟需要跟踪所有依附于它的QEMUTimerLists。

每一个定时器用户维持了为了一个QEMUTimerListGroup。这个结构变量目前是由一个QEMUTimerList指针构成的数组组成，当然每一个时钟类型都有一个。因此，每一个QEMUTimerListGroup实际上是三个时钟类型QEMUTimerList的集合。目前有两个QEMUTimerListGroup用户。一个是全局静态的main_loop_tlg函数，代变了运行在主循环中的定时器链表。我又为AioContext增加了一个新的用户，这样块设备层就不用每次依靠退回到主循环来获取定时器。 这也同样可运用于未来的线程。 所有的子系统都可以拥有它们自己的QEMUTimerListGroup，这样也就不需要为一个pengding的定时器来调用timerlistgroup_run_timers函数了.

每一个QEMUTimerList 维护了一个上图桔黄色所示的时钟。它位于QEMUClouck的QEMUTimer链表。它包含了第一个活跃时钟的指针。这个活跃时钟不是由以前以前的qemu链表对象而是一个新的单链表定时器来维护，这个单链表按照过期时限来排序，越早过期的越排在前面。

每一个QEMUTimer对象又包含了一个指向时钟链表的指针，这样它又可以操作整个定时器链表。

本质上，AIOContext poll循环中的g_poll调用被ppoll（纳秒级别）替换。不幸的是，glib只提供了毫秒级别的精度，也就是说主循环定时器只要仍然调用glib，就只能维持在毫秒级别的精度。

API 有什么改变？

API还是有一些混乱

首先，我用timer_action 系列函数替换了之前的定时器API（qemu_mod_timer函数），action由时钟操作来替换，例如time_new, timer_mod 以及其他的操作。这个新的函数系列运用了一个枚举值来代表时钟类型，而不是以前的时钟对象指针。例如

        timer = qemu_new_timer_ns (vm_clock, cb, opaque)；

变成了

        now = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL);

不使用主循环的QEMUTimerListGroup的定时器可以由timer_new_list来创建。也可以由可用的timer_init而不是malloc。 AioContext提供了帮助函数如 aio_timer_new及aio_timer_init.

第二， 我也简单的让让时钟API相对合理化，例如

        now = qemu_get_clock_ns (vm_clock);

变成

        now = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL);

第三，我增添了大量的文档，参考（include/qemu/timer.h）

如果你有一些代码需要转换到新的定时器API，可以简单的运行以下命令：

        scripts/switch-timer-api [filename] ...