linux定时器.docx

1、linux定时器目录一、设计题目与要求 1二、实验思想 12.1 Linux内核对定时器的描述 12.2 Linux 内核定时器 32.3 Linux 信号signal处理机制 6三、内核定时器机制的实现 63.1动态定时器机制的初始化 63.2 将定时器插入到链表中 7四、数据结构与模块说明 94.1 定时器使用 94.2 程序流程图 104.3 源程序 104.4 运行结果与运行情况 11五、实验心得 13六、参考文献 14Linux定时器实验一、设计题目与要求11设计题目：Linux定时器12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

2、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2.1 Linux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： struct timer_list struct list_head list; unsigned long expires; unsigned long data; void (*function)(unsigned long); ; 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

3、：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（

4、include/linux/timer.h）： static inline void init_timer(struct timer_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）： static inline int timer_pending (const struct ti

5、mer_list * timer) return timer-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ab。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）： #define time_after(a,b) (long)(b) - (long)(a) = 0) #define time_before_eq(a,b) time_after_eq(b,a)

6、2.2 Linux 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_t mytime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

7、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）： asmlinkage long sys_gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz) if (tv) struct timeval ktv; do_gettimeofday(&ktv); if (copy_to_user(tv, &ktv, sizeof(ktv) return -EFAULT; if (tz) if (

8、copy_to_user(tz, &sys_tz, sizeof(sys_tz) return -EFAULT; return 0; 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

9、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）： void do_gettimeofday(struct timeval *tv) unsigned long flags; unsigned long usec, sec; read_lock_irqsave(&xtime_lock, flags); usec = do_gettimeoffset(); unsigned long lost = jiffies - wall_jiffies; if (lost) usec += l

10、ost * (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Bott

11、om Half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_usecoffset_usec）lost_usec（jiffieswall_jiffies）TICK_SIZE（ji

12、ffieswall_jiffies）（1000000HZ） 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CPU TSC寄存器的值，因此我们可以用X86 CPU的TSC寄存器来计算offset_usec的值。也即： offset_usec=delay_at_last_interrupt（current_tsc_lowlast_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

13、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。 2.3 Linux 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(in

14、t signum, 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

15、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）： void init_timervecs (void) int i; for (i = 0; i TVN_SIZE; i+) INIT_LIST_HEAD(tv5.vec + i); INIT_LIST_HEAD(tv4.vec + i); INIT_LIST_HEAD(tv3.ve