Linux时钟处理机制（一）

　　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。所以说，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，首先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。最后对全文进行了总结。

　　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”。

　　上述两个结构内核源代码中有较详细的注解，分别位于文件 clocksource.h 和 clockchips.h 中。需要特别注意的是结构 clock_event_device 的成员 event_handler ，它指定了当硬件时钟中断发生时，内核应该执行那些操作，也就是真正的时钟中断处理函数。 在2.3节“时钟初始化”部分会介绍它真正指向哪个函数。

　　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。所以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必 须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。

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