Linux 时钟处理机制

在 Linux 操作系统中,很多活动都和时间有关,例如：进程调度和网络处理等等.说,了解 Linux 操作系统中的时钟处理机制有助于更好地了解 Linux 操作系统的运作方式.本文分析了 Linux 2.6.25 内核的时钟处理机制,介绍了在计算机系统中的一些硬件计时器,然后重点介绍了 Linux 操作系统中的硬件时钟和软件时钟的处理过程以及软件时钟的应用.对全文进行了总结.
1 计算机系统中的计时器

在计算机系统中存在着许多硬件计时器,例如 Real Timer Clock （ RTC ）、Time Stamp Counter （ TSC ） 和 Programmable Interval Timer （ PIT ） 等等.

这部分内容不是本文的中点,这里仅仅简单介绍几种,更多内容参见参考文献：

●Real Timer Clock （ RTC ）：
独立于整个计算机系统（例如： CPU 和其他 chip ）
内核利用其获取系统当前时间和日期
●Time Stamp Counter （ TSC ）：
从 Pentium 起,提供一个寄存器 TSC,用来累计每一次外部振荡器产生的时钟信号
通过指令 rdtsc 访问这个寄存器
比起 PIT,TSC 可以提供更精确的时间测量
●Programmable Interval Timer （ PIT ）：
时间测量设备
内核使用的产生时钟中断的设备,产生的时钟中断依赖于硬件的体系结构,慢的为 10 ms 一次,快的为 1 ms 一次
High Precision Event Timer （ HPET ）：
PIT 和 RTC 的替代者,和之前的计时器相比,HPET 提供了更高的时钟频率（至少10 MHz ）以及更宽的计数器宽度（64位）
一个 HPET 包括了一个固定频率的数值增加的计数器以及3到32个独立的计时器,这每一个计时器有包涵了一个比较器和一个寄存器（保存一个数值,表示触发中断的时机）.每一个比较器都比较计数器中的数值和寄存器中的数值,当这两个数值相等时,将产生一个中断
2 硬件时钟处理

这里所说的硬件时钟处理特指的是硬件计时器时钟中断的处理过程.

2.1 数据结构

和硬件计时器（本文又称作硬件时钟,区别于软件时钟）相关的数据结构主要有两个：

struct clocksource ：对硬件设备的抽象,描述时钟源信息
struct clock_event_device ：时钟的事件信息,包括当硬件时钟中断发生时要执行那些操作（实际上保存了相应函数的指针）.本文将该结构称作为“时钟事件设备”.

Linux 内核维护了两个链表,分别存储了系统中所有时钟源的信息和时钟事件设备的信息.这两个链表的表头在内核中分别是 clocksource_list 和 clockevent_devices .图2-1显示了这两个链表.

图2-1 时钟源链表和时钟事件链表

2.2 通知链技术（ notification chain ）

在时钟处理这部分中,内核用到了所谓的“通知链（ notification chain ）”技术.在介绍时钟处理过程之前先来了解下“通知链”技术.

在 Linux 内核中,各个子系统之间有很强的相互关系,一些被一个子系统生成或者被探测到的事件,很可能是另一个或者多个子系统感兴趣的,也就是说这个事件的获取者能够通知所有对该事件感兴趣的子系统,并且还需要这种通知机制具有一定的通用性.基于这些, Linux 内核引入了“通知链”技术.

2.2.1 数据结构：

通知链有四种类型,

1原子通知链（ Atomic notifier chains ）：通知链元素的回调函数（当事件发生时要执行的函数）只能在中断上下文中运行,不允许阻塞
2可阻塞通知链（ Blocking notifi

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