linux定时器.docx

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linux定时器

目录

一、设计题目与要求1

二、实验思想1

2.1Linux内核对定时器的描述1

2.2Linux内核定时器3

2.3Linux信号signal处理机制6

三、内核定时器机制的实现6

3.1动态定时器机制的初始化6

3.2将定时器插入到链表中7

四、数据结构与模块说明9

4.1定时器使用9

4.2程序流程图10

4.3源程序10

4.4运行结果与运行情况11

五、实验心得13

六、参考文献14

Linux定时器实验

一、设计题目与要求

1．1设计题目：

Linux定时器

1．2设计要求：

通过研究Linux内核的时间函数，学习内核源代码；然后应用这些知识并且使用“信号”机制建立一种定时器实验，每隔多长时间打印出当前系统的时间，并且计算出每次调度的时间。

二、实验思想

2.1Linux内核对定时器的描述

Linux在include/linux/timer.h头文件中定义了数据结构timer_list来描述一个内核定时器：

structtimer_list{

structlist_headlist;

unsignedlongexpires;

unsignedlongdata;

void（*function）（unsignedlong）;

};

各数据成员的含义如下：

（1）双向链表元素list：

用来将多个定时器连接成一条双向循环队列。

（2）expires：

指定定时器到期的时间，这个时间被表示成自系统启动以来的时钟滴答计数（也即时钟节拍数）。

当一个定时器的expires值小于或等于jiffies变量时，我们就说这个定时器已经超时或到期了。

在初始化一个定时器后，通常把它的expires域设置成当前expires变量的当前值加上某个时间间隔值（以时钟滴答次数计）。

（3）函数指针function：

指向一个可执行函数。

当定时器到期时，内核就执行function所指定的函数。

而data域则被内核用作function函数的调用参数。

内核函数init_timer（）用来初始化一个定时器。

实际上，这个初始化函数仅仅将结构中的list成员初始化为空。

如下所示（include/linux/timer.h）：

staticinlinevoidinit_timer（structtimer_list*timer）

{

timer->list.next=timer->list.prev=NULL;

}

由于定时器通常被连接在一个双向循环队列中等待执行（此时我们说定时器处于pending状态）。

因此函数time_pending（）就可以用list成员是否为空来判断一个定时器是否处于pending状态。

如下所示（include/linux/timer.h）：

staticinlineinttimer_pending（conststructtimer_list*timer）

{returntimer->list.next!

=NULL;}

时间比较操作在定时器应用中经常需要比较两个时间值，以确定timer是否超时，所以Linux内核在timer.h头文件中定义了4个时间关系比较操作宏。

这里我们说时刻a在时刻b之后，就意味着时间值a≥b。

Linux强烈推荐用户使用它所定义的下列4个时间比较操作宏（include/linux/timer.h）：

#definetime_after（a,b）（（long）（b）-（long）（a）<0）

#definetime_before（a,b）time_after（b,a）

#definetime_after_eq（a,b）（（long）（a）-（long）（b）>=0）

#definetime_before_eq（a,b）time_after_eq（b,a）

2.2Linux内核定时器

定时器是管理内核时间的基础，用来计算流逝的时间，它以某种频率（节拍率）自行触发时钟中断，当时钟中断发生时，内核就通过一种特殊中断处理程序对其进行处理。

但是原来的实现只能是time_tmytime形式的，经过简单的localtime（mytime）和ctime（&mytime）处理.精度是不够的，为了返回高精度的时间，这里使用了gettimeofday函数。

这个syscall用来供用户获取timeval格式的当前时间信息（精确度为微秒级），以及系统的当前时区信息（timezone）。

结构类型timeval的指针参数tv指向接受时间信息的用户空间缓冲区，参数tz是一个timezone结构类型的指针，指向接收时区信息的用户空间缓冲区。

这两个参数均为输出参数，返回值0表示成功，返回负值表示出错。

函数sys_gettimeofday（）的源码如下（kernel/time.c）：

asmlinkagelongsys_gettimeofday（structtimeval*tv,structtimezone*tz）

{

if（tv）{

structtimevalktv;

do_gettimeofday（&ktv）;

if（copy_to_user（tv,&ktv,sizeof（ktv）））

return-EFAULT;

}

if（tz）{

if（copy_to_user（tz,&sys_tz,sizeof（sys_tz）））

return-EFAULT;

}

return0;

}

显然，函数的实现主要分成两个大的方面：

（1）如果tv指针有效，则说明用户要以timeval格式来检索系统当前时间。

为此，先调用do_gettimeofday（）函数来检索系统当前时间并保存到局部变量ktv中。

然后再调用copy_to_user（）宏将保存在内核空间中的当前时间信息拷贝到由参数指针tv所指向的用户空间缓冲区中。

（2）如果tz指针有效，则说明用户要检索当前时区信息，因此调用copy_to_user（）宏将全局变量sys_tz中的时区信息拷贝到参数指针tz所指向的用户空间缓冲区中。

（3）最后，返回0表示成功。

函数do_gettimeofday（）的源码如下（arch/i386/kernel/time.c）：

voiddo_gettimeofday（structtimeval*tv）

{

unsignedlongflags;

unsignedlongusec,sec;

read_lock_irqsave（&xtime_lock,flags）;

usec=do_gettimeoffset（）;

{

unsignedlonglost=jiffies-wall_jiffies;

if（lost）

usec+=lost*（1000000/HZ）;

}

sec=xtime.tv_sec;

usec+=xtime.tv_usec;

read_unlock_irqrestore（&xtime_lock,flags）;

while（usec>=1000000）{

usec-=1000000;

sec++;

}

tv->tv_sec=sec;

tv->tv_usec=usec;

}

该函数的完成实际的当前时间检索工作。

由于gettimeofday（）系统调用要求时间精度要达到微秒级，因此do_gettimeofday（）函数不能简单地返回xtime中的值即可，而必须精确地确定自从时钟驱动的BottomHalf上一次更新xtime的那个时刻到do_gettimeofday（）函数的当前执行时刻之间的具体时间间隔长度,以便精确地修正xtime的值。

假定被do_gettimeofday（）用来修正xtime的时间间隔为fixed_usec，而从wall_jiffies到jiffies之间的时间间隔是lost_usec，而从jiffies到do_gettimeofday（）函数的执行时刻的时间间隔是offset_usec。

则下列三个等式成立：

fixed_usec＝（lost_usec＋offset_usec）lost_usec＝（jiffies－wall_jiffies）＊TICK_SIZE＝（jiffies－wall_jiffies）＊（1000000／HZ）

由于全局变量last_tsc_low表示上一次时钟中断服务函数timer_interrupt（）执行时刻的CPUTSC寄存器的值，因此我们可以用X86CPU的TSC寄存器来计算offset_usec的值。

也即：

offset_usec=delay_at_last_interrupt＋（current_tsc_low－last_tsc_low）＊fast_gettimeoffset_quotient

其中，delay_at_last_interrupt是从上一次发生时钟中断到timer_interrupt（）服务函数真正执行时刻之间的时间延迟间隔。

每一次timer_interrupt（）被执行时都会计算这一间隔，并利用TSC的当前值更新last_tsc_low变量。

假定current_tsc_low是do_gettimeofday（）函数执行时刻TSC的当前值，全局变量fast_gettimeoffset_quotient则表示TSC寄存器每增加1所代表的时间间隔值，它是由time_init（）函数所计算的。

2.3Linux信号signal处理机制

信号signal机制是进程之间相互传递消息的一种方法，全称为软中断信号。

系统调用signal用来设定某个信号的处理方法，其调用声明的格式如下：

void（*signal（intsignum,void（*handler）（int）））（int）;成功则返回该信号以前的处理配置，出错则返回SIG_ERR。

在使用该调用的进程中加入以下头文件：

几个常见信号:

SIGINT:

当用户按某些终端键时,引发终端产生的信号.如Ctrl+C键,这将产生中断信号（SIGINT）,它将停止一个已失去控制的程序。

SIGSEGV:

由硬件异常（除数为0,无效的内存引用等等）产生的信号。

这些条件通常由硬件检测到,并将其通知内核，然后内核为该条件发生时正在运行的进程产生该信号。

SIGALRM:

进程所设置的闹钟时钟超时的时候产生。

SIGVTALRM：

虚拟时钟超时时产生该信号。

类似于SIGALRM，但是它只计算该进程占用的CPU时间。

SIGPROF：

类似于SIGVTALRM，它不仅包括该进程占用的CPU时间还包括执行系统调用的时间。

三、内核定时器机制的实现

3.1动态定时器机制的初始化

函数init_timervecs（）实现对动态定时器机制的初始化。

该函数仅被sched_init（）初始化例程所调用。

动态定时器机制初始化过程的主要任务就是将tv1、tv2、…、tv5这5个结构变量中的定时器向量指针数组vec［］初始化为NULL。

如下所示（kernel/timer.c）：

voidinit_timervecs（void）

{

inti;

for（i=0;i

INIT_LIST_HEAD（tv5.vec+i）;

INIT_LIST_HEAD（tv4.vec+i）;

INIT_LIST_HEAD（tv3.ve