고정밀 타이머 관련 도입 및 동작 프레임워크 분석

고정밀 타이머에 대한 갑작스런 언급은 혼란스럽습니다. 적어도 초보자는 문자 그대로 이해하면 매우 간단합니다. 그것이 거의 전부이지만 다른 세부 사항도 포함됩니다.

일꾼이 일을 잘하고 싶다면 먼저 도구를 갈고 닦아야 합니다.

2 관련된 여러 소스 코드 파일과 해당 경로는 다음과 같습니다.

Hrtimers.txt(linux-3.2.12documentationtimers)

Hrtimer.c(linux-3.2.12커널)

Hrtimer.h(linux-3.2.12includelinux)

2 고정밀 타이머 모드에서 고정밀 타이머를 간단히 작동시키면 전체 작동 프레임워크는 다음과 같습니다.

hrtimer_init 초기화, 타이머 구조를 통해 타이밍 기간 등 관련 데이터 설정-> 타이머 켜기 hrtimer_start-> 고정밀 타이머 실행 hrtimer_run_queues-> hrtimer_interrupt-> 고정밀 타이머를 제거합니다.remove_hrtimer.

이제 독자들의 머릿속에는 프레임워크가 있으며, 구체적인 드라이버 세부 정보는 아래에서 하나씩 논의됩니다.

먼저 개요를 설명하겠습니다. 이해하기 어려운 부분이 있을 수 있습니다. 관련 코드와 예시가 있을 것입니다.

? 고정밀 타이머는 시간에 따라 검정 빨강 트리를 정렬합니다.

? 주기 시계

linux 애플리케이션 타이머와는 독립적이며 jiffies 시간 차원 대신 펄스 폭 타임스탬프를 사용합니다.

먼저 Linux 코드에서 고정밀 타이머 관련 문서를 꺼내서 그 소개를 살펴보세요. 나중에 설명하겠습니다. 문서 경로: Hrtimers.txt (linux-3.2.12documentationtimers)

문서 내용은... 솔직히 문서가 좀 길긴 하지만, 리눅스 문서의 유지관리 수준은 그리 높지 않습니다. 위에서 몇 문장을 찾아서 번역해서 설명했습니다.

?이 패치는 고해상도 커널 타이머를 위한 새로운 하위 시스템을 소개합니다. 이 문장의 패치라는 문구는 약간 흥미롭습니다. 이는 고정밀 타이머가 패치 패키지로 시스템에 설치된다는 의미입니다.

? 두 번째로, 영어가 너무 길어서 올리지 않겠습니다. 그래서 고정밀 타이머를 사용해야 합니다. 모든 시스템에는 타이머가 있기 때문에 실제로는 정확도가 높지 않습니다. 정밀도가 낮은 타이머라고 합니다. 직설적으로 말하면 높은 정밀도가 필요합니다.

세 번째, 고정밀 타이머의 또 다른 특징은 컴파일 시 프레임워크가 커널에 있다는 점이며, 고정밀 타이머가 구성되지 않은 경우 이러한 고정밀 타이머는 일반 타이머 실행을 기반으로 합니다.

?마지막으로 고정밀 타이머는 블랙 맹그로브 알고리즘을 사용해 구현한 반면, 일반 타이머는 타임 라운드 로빈 알고리즘을 사용해 구현했습니다.

? 게다가 이 문서에서는 클록 소스, 데이터 구조, 레드-블랙 트리 등과 같은 많은 문제도 설명합니다. 이러한 문제는 아래에서 별도로 논의됩니다.

1. 관련 데이터 구조

고속 프레임 타이머와 관련된 데이터 구조는 다음 측면에서 고려됩니다.

출처 정보: 이 시계는 어떻게 생성되나요? 구조는 hrtimer.h에 정의되어 있으며 코드는 다음과 같습니다.

structhrtimer_clock_base{

structhrtimer_cpu_base*cpu_base;

intindex; //시계를 구별하는 데 사용되는 속성(총 2가지 유형이 있으며 아래에서 언급함)

clockid_tclockid;//각 CPU가 지원하는 시계의 ID

structtimerqueue_headactive;//활성화되는 타이머의 검정색 및 빨간색 분기 노드

ktime_tsolution;//클럭의 프레임 속도, 밀리초

ktime_t(*get_time)(void);//현재 시계를 복원하는 데 사용됩니다

ktime_tsoftirq_time;//소프트 인터럽트에서 넓은 정밀 타이머 대기열을 실행하는 시간

ktime_toffset;//타이머 시계의 오프셋 양을 변경합니다

};

이전 요소에 대해 몇 가지 설명해주세요.

높은 프레임 속도 타이머는 두 개의 시계(시계 베이스)를 기반으로 할 수 있습니다. 하나는 시스템이 시작될 때 0부터 시작하는 단조 시계(CLOCK_MONOTONIC)이고, 다른 시계(CLOCK_REALTIME)는 시스템 실시간을 나타냅니다. 위의 structhrtimer_clock_base 구조에서 인덱스 요소는 CLOCK_MONOTONIC 또는 CLOCK_REALTIME 시계인지 구별하는 데 사용됩니다. 시스템의 각 CPU에 대해 이 두 개의 클럭 베이스를 포함하는 데이터 구조가 제공됩니다. 각 총 클럭 베이스에는 보류 중인 모든 고정밀 타이머linux 애플리케이션 타이머를 정렬하기 위한 검정 빨간색 트리가 있으며, 각 CPU는 두 개의 클럭 베이스(단조)를 제공합니다. 시계 및 실시간), 모든 타이머는 만료 시간을 기준으로 블랙 레드 트리에 정렬됩니다. 타이머가 만료되었지만 해당 핸들러 리바운드 기능이 아직 실행되지 않은 경우 블랙 맹그로브에서 어레이로 마이그레이션합니다. 실시간 시계를 조정할 때 CLOCK_REALTIME 시계에 저장된 타이머의 만료 시간 값과 현재 실제 시간 사이에 오류가 발생합니다. 오프셋 배열은 이러한 상황을 수정하는 데 도움이 되며 타이머가 보정해야 하는 오프셋의 양을 나타냅니다. 이는 일시적인 효과일 뿐이고 거의 발생하지 않기 때문입니다.

클럭 소스를 이해하기 전에 구조 타이머도 알아야 합니다. 코드는 다음과 같습니다.

구조체 타이머{

structtimerqueue_nodenode;//타이머 큐 노드는 node.expires도 관리합니다. 고정밀 타이머의 절대 만료 시간은 내부 알고리즘에 있습니다(위에 언급된 두 가지 시간 기준). ) ).

ktime_t_softexpires;//절대 가장 빠른 만료 시간

enumhrtimer_restart(*)(structhrtimer*);//타이머 만료 리바운드 기능

structhrtimer_clock_base*base;//타임베이스를 가리키는 손(CPU당, 클럭당)

unsignedlongstate;//비트 값을 보는 데 사용되는 상태 정보

#ifdefCONFIG_TIMER_STATS

intstart_pid;//定时器统计区域储存的开始计时的任务的pid

void*start_site;//定时器储存当前定时的开始值

charstart_comm[16];//定时器统计区域名称开始计时的储存过程

#endif

};

以上这个结构体，对于用户来说，只需关心三点，第一是数组，这个是定时器失效后的反弹函数，第二是expires，这个表示到期时间，第三是最后一句话，高精度定时器结构体的使用必须经过hrtimer_init()函数的初始化，hrtimer_init()函数属于应用插口，所以放到前面说。这儿还有一个问题，也是高精度定时器的核心的问题，就是黑红树在高精度定时器的应用问题，其实现今讲这个有点早，而且先让读者心中有那么个底，Linux的传统定时器通过时间轮算法实现（timer.c），但hrtimer通过黑红树算法实现。在structhrtimer上面有一个node域，类型为structtimerqueue_node，这个域代表了hrtimer在黑红树中的位置，注意一下，我参考的源代码是3.2.12版本，在2.6.X版本中这个域的格式为structrb_node。这儿先跟读者打声招呼，有那么回事，等在将具体用法时，我们在谈谈是怎样实现的。

两个重要的结构体说完了，因为要兼容多核处理器，因而会涉及到每位CPU的时基，结构体structhrtimer_cpu_base就是拿来定义每位CPU的时钟的，目前每位CPU只对应于单调时钟和实时时钟，结构体如下：

structhrtimer_cpu_base{//单个CPU时基结构体

raw_spinlock_tlock;//锁定相关的时基和定时器，载流子锁

unsignedlongactive_bases;//用活动的定时器标记基础的位数组

#ifdefCONFIG_HIGH_RES_TIMERS

ktime_texpires_next;//即将到期的下一个时间的绝对时间

inthres_active;//高帧率模式的状态，布尔变量

inthang_detected;//最新的被发觉的挂起的高精度定时器中断

unsignedlongnr_events;//高精度定时器中断总量

unsignedlongnr_retries;//高精度定时器中断重试总量

unsignedlongnr_hangs;//高精度定时器中断挂起总量

ktime_tmax_hang_time;//在高精度定时器中断触发最长时间

#endif

structhrtimer_clock_baseclock_base[HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES];//此CPU时基表针

};

里面的三个结构体应当是最基础的，定义了高精度定时器相关的功能和元素，而且每一个CPU都全套一个定义的结构体，之后初始化hrtimers。

基本的结构体讲完了，下边开始讲API插口。

첫 번째는 hrtimers의 API를 구성하고 초기화하는 것입니다. 처음에 structhrtimer에 대해 이야기할 때 structhrtimer를 사용하려면 먼저 초기화해야 한다고 언급했습니다. 함수 선언 코드는 다음과 같습니다.

voidhrtimer_init(structhrtimer*timer,clockid_tclock_id,

enumhrtimer_modemode)//주어진 시계 초기화 타이머

debug_init(타이머,시계_ID,모드);

__hrtimer_init(타이머,시계_ID,모드);

위 함수는 고정밀 타이머의 초기화를 구현합니다. 다음은 관련 요소에 대한 설명입니다.

/**

*hrtimer_init – 주어진 시계로 타이머를 초기화합니다

*@timer: 곧 초기화될 타이머

*@clock_id: 사용될 시계

*@mode: 타이머 모드 절대/상대

*/

mode에서는 다음과 같이 5개의 상수를 사용할 수 있습니다.

enumhrtimer_mode{

HRTIMER_MODE_ABS=0x0,/*시간은 절대적입니다*/

HRTIMER_MODE_REL=0x1,/*시간은 상대적입니다*/

HRTIMER_MODE_PINNED=0x02,/*타이머는 CPU에 바인딩되어 있습니다*/

HRTIMER_MODE_ABS_PINNED=0x02,

HRTIMER_MODE_REL_PINNED=0x03,

};

hrtimer_init() 함수는 __hrtimer_init() 함수를 호출합니다. 다음은 이 함수의 프로토타입입니다.

staticvoid__hrtimer_init(structhrtimer*timer,clockid_tclock_id,enumhrtimer_modemode)

structhrtimer_cpu_base*cpu_base;

intbase;

memsettimer,0,sizeof(structhrtimer));

cpu_base=&__raw_get_cpu_var(hrtimer_bases);

if(clock_id==CLOCK_REALTIME&&mode!=HRTIMER_MODE_ABS)

clock_id=CLOCK_MONOTONIC;

base=hrtimer_clockid_to_base(시계_ID);

timer->base=&cpu_base->clock_base[base];

timerqueue_init(&timer->노드);

#ifdefCONFIG_TIMER_STATS

timer->start_site=NULL;

timer->start_pid=-1;

memset(timer->start_comm,0,TASK_COMM_LEN);

#endif

__hrtimer_init（）函数调用了structhrtimer_cpu_base结构体对CPU进行相关的初始化，并使用memset（）函数，原型如下：

void*memset(void*s,intc,size_tn)

inti;

char*ss=s;

for(i=0;i

ss[i]=c;

returns;

这个函数清空了memory上面的东西，完成了初始化，memset(timer,0,sizeof(structhrtimer))。

在这儿注意一下，还是上面说到的一个问题，我用的源代码是3.2.12的，而2.6.X的源代码里所提供的，虽然只有两个常数

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