Linux時間子系統之四（2）：定時器…

4. tick_device

當內核沒有配置成支持高精度定時器時，系統的tick由tick_device產生，tick_device其實是clock_event_device的簡單封裝，它內嵌了一個clock_event_device指針和它的工作模式：

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1. struct tick_device {  
2.     struct clock_event_device *evtdev;  
3.     enum tick_device_mode mode;  
4. };  

在kernel/time/tick-common.c中，定義了一個per-cpu的tick_device全局變量，tick_cpu_device：

[cpp] viewplaincopy

1.   
2. DEFINE_PER_CPU(struct tick_device, tick_cpu_device);  

前面曾經說過，當machine的代碼爲每個cpu註冊clock_event_device時，通知回調函數tick_notify會被調用，進而進入tick_check_new_device函數，下面讓我們看看該函數如何工作，首先，該函數先判斷註冊的clock_event_device是否可用於本cpu，然後從per-cpu變量中取出本cpu的tick_device：

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1. static int tick_check_new_device(struct clock_event_device *newdev)  
2. {  
3.         ......  
4.     cpu = smp_processor_id();  
5.     if (!cpumask_test_cpu(cpu, newdev->cpumask))  
6.         goto out_bc;  
7.   
8.     td = &per_cpu(tick_cpu_device, cpu);  
9.     curdev = td->evtdev;  

如果不是本地clock_event_device，會做進一步的判斷：如果不能把irq綁定到本cpu，則放棄處理，如果本cpu已經有了一個本地clock_event_device，也放棄處理：

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1. if (!cpumask_equal(newdev->cpumask, cpumask_of(cpu))) {  
2.                ......  
3.     if (!irq_can_set_affinity(newdev->irq))  
4.         goto out_bc;  
5.                ......  
6.     if (curdev && cpumask_equal(curdev->cpumask, cpumask_of(cpu)))  
7.         goto out_bc;  
8. }  

反之，如果本cpu已經有了一個clock_event_device，則根據是否支持單觸發模式和它的rating值，決定是否替換原來舊的clock_event_device：

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1. if (curdev) {  
2.     if ((curdev->features & CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT) &&  
3.         !(newdev->features & CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT))  
4.         goto out_bc;  // 新的不支持單觸發，但舊的支持，所以不能替換  
5.     if (curdev->rating >= newdev->rating)  
6.         goto out_bc;  // 舊的比新的精度高，不能替換  
7. }  

在這些判斷都通過之後，說明或者來cpu還沒有綁定tick_device，或者是新的更好，需要替換：

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1. if (tick_is_broadcast_device(curdev)) {  
2.     clockevents_shutdown(curdev);  
3.     curdev = NULL;  
4. }  
5. clockevents_exchange_device(curdev, newdev);  
6. tick_setup_device(td, newdev, cpu, cpumask_of(cpu));  

上面的tick_setup_device函數負責重新綁定當前cpu的tick_device和新註冊的clock_event_device，如果發現是當前cpu第一次註冊tick_device，就把它設置爲TICKDEV_MODE_PERIODIC模式，如果是替換舊的tick_device，則根據新的tick_device的特性，設置爲TICKDEV_MODE_PERIODIC或TICKDEV_MODE_ONESHOT模式。可見，在系統的啓動階段，tick_device是工作在週期觸發模式的，直到框架層在合適的時機，纔會開啓單觸發模式，以便支持NO_HZ和HRTIMER。

5. tick事件的處理--最簡單的情況

clock_event_device最基本的應用就是實現tick_device，然後給系統定期地產生tick事件，通用時間框架對clock_event_device和tick_device的處理相當複雜，因爲涉及配置項：CONFIG_NO_HZ和CONFIG_HIGH_RES_TIMERS的組合，兩個配置項就有4種組合，這四種組合的處理都有所不同，所以這裏我先只討論最簡單的情況：

• CONFIG_NO_HZ == 0;
  
• CONFIG_HIGH_RES_TIMERS == 0;
  

在這種配置模式下，我們回到上一節的tick_setup_device函數的最後：

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1. if (td->mode == TICKDEV_MODE_PERIODIC)  
2.     tick_setup_periodic(newdev, 0);  
3. else  
4.     tick_setup_oneshot(newdev, handler, next_event);  

因爲啓動期間，第一個註冊的tick_device必然工作在TICKDEV_MODE_PERIODIC模式，所以tick_setup_periodic會設置clock_event_device的事件回調字段event_handler爲tick_handle_periodic，工作一段時間後，就算有新的支持TICKDEV_MODE_ONESHOT模式的clock_event_device需要替換，再次進入tick_setup_device函數，tick_setup_oneshot的handler參數也是之前設置的tick_handle_periodic函數，所以我們考察tick_handle_periodic即可：

[cpp] viewplaincopy

1. void tick_handle_periodic(struct clock_event_device *dev)  
2. {  
3.     int cpu = smp_processor_id();  
4.     ktime_t next;  
5.   
6.     tick_periodic(cpu);  
7.   
8.     if (dev->mode != CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT)  
9.         return;  
10.   
11.     next = ktime_add(dev->next_event, tick_period);  
12.     for (;;) {  
13.         if (!clockevents_program_event(dev, next, false))  
14.             return;  
15.         if (timekeeping_valid_for_hres())  
16.             tick_periodic(cpu);  
17.         next = ktime_add(next, tick_period);  
18.     }  
19. }  

該函數首先調用tick_periodic函數，完成tick事件的所有處理，如果是週期觸發模式，處理結束，如果工作在單觸發模式，則計算並設置下一次的觸發時刻，這裏用了一個循環，是爲了防止當該函數被調用時，clock_event_device中的計時實際上已經經過了不止一個tick週期，這時候，tick_periodic可能被多次調用，使得jiffies和時間可以被正確地更新。tick_periodic的代碼如下：

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1. static void tick_periodic(int cpu)  
2. {  
3.     if (tick_do_timer_cpu == cpu) {  
4.         write_seqlock(&xtime_lock);  
5.   
6.           
7.         tick_next_period = ktime_add(tick_next_period, tick_period);  
8.   
9.         do_timer(1);  
10.         write_sequnlock(&xtime_lock);  
11.     }  
12.   
13.     update_process_times(user_mode(get_irq_regs()));  
14.     profile_tick(CPU_PROFILING);  
15. }  

如果當前cpu負責更新時間，則通過do_timer進行以下操作：

• 更新jiffies_64變量；
• 更新牆上時鐘；
• 每10個tick，更新一次cpu的負載信息；
  

調用update_peocess_times，完成以下事情：

• 更新進程的時間統計信息；
• 觸發TIMER_SOFTIRQ軟件中斷，以便系統處理傳統的低分辨率定時器；
• 檢查rcu的callback；
• 通過scheduler_tick觸發調度系統進行進程統計和調度工作；