jiffies與HZ、定時器、原子操作
jiffies與HZ、定時器、原子操作
前言
核心中定時器有兩種，簡單定時器和高精度定時器，
簡單定時器：以全域性變數jiffies衡量
高精度定時器：ktime 的特殊資料型別表示 有絕對時間和相對時間概念
原子操作:在多程序（執行緒）的作業系統中不能被其它程序（執行緒）打斷的操作就叫原子操作，檔案的原子操作是指操作檔案時的不能被打斷的操作。原子操作是不可分割的，在執行過程中不會被任何其它任務或事件中斷。
一、Jiffies與HZ
1、jiffies:
是一個變數，每次當定時器中斷髮生時，核心內部通過一個64位的變數jiffies_64做加一計數。驅動程式開發者通常訪問的是jiffies變數，它是jiffies_64的低32位。
jiffies是unsigned long型的變數，該變數被宣告為volatile（直接從對應的記憶體當中提取 ），這樣可避免編譯器對訪問該變數的語句的優化（由於訪問暫存器的速度要快過RAM，所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的優化 ） 。
2、HZ:
HZ 即表示每秒鐘產生的定時中斷次數
HZ就代表1秒
在 Linux 2.6 中，系統時鐘每 10ms中斷一次（時鐘頻率，用 HZ 巨集表示，定義為 100，即每秒中斷 100 次，這個時間單位稱為一個 jiffie（如10ms）HZ=jiffies+100次
3、時間與jiffies轉換
將以秒為單位的時間轉化為jiffies：seconds * Hz
將jiffies轉化為以秒為單位的時間：jiffies / Hz
4、jiffies的迴繞
因為jiffies為unsigned long 的資料型別 防止因迴繞產生錯誤的方法是將它轉換為 long (有符號的補碼可以進行比較)
避免迴繞API:
二、計時、延遲與睡眠
1、計時
提供兩套時間計數的方法
①、timeval
一、使用者空間的timeval:
struct timeval {
time_t tv_sec; /* 秒 */
suseconds_t tv_usec; /* 毫秒 */ ②、timespec
二、使用者空間的timespec:
struct timespec {
time_t tv_sec; /* 秒 */
long tv_nsec; /* 納秒 */
};
獲取當前時間:
struct timespec current_kernel_time(void);
jiffies值和timespec之間轉換:
unsigned long timespec_to_jiffies(struct timespec *value)；
void jiffies_to_timespec(unsigned long jiffie， struct timespec *value)；
2、延遲
延時實際上是忙等待，cpu空跑一段程式碼
①、長延時
while(time_before(jiffies，end_time)){//等待超時
schedule()；//休眠,讓出CPU，核心排程其他程序
}
signed long schedule_timeout(signed long timeout);
典例
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE)；
schedule_timeout(delay)；
②、短延時
這三個延遲函式均是忙等待函式，因而在延遲過程中，時間片未到時，核心不會排程其他程序，即無法執行其他任務。表象上看，就是系統很卡，CPU資源被一直耗用這。所以 要特別慎用此類函式。
void ndelay(unsigned long nsecs)； /*延時納秒*/
void udelay(unsigned long usecs)； /*延時微妙*/
void mdelay(unsigned long msecs)； /*延時毫秒*/
3、睡眠
這2個延遲函式是不使用忙等待的延遲函式，因而在延遲過程中，呼叫該函式的程序會主動呼叫schedule,即讓出CPU，核心排程其他程序執行。
void msleep(unsigned int millisecs)；
unsigned long msleep_interruptible(unsigned int millisecs)；
三、定時器
定時器的使用很簡單。你只需要執行一些初始化工作，設定一個超時時間，指定超時發生後執行的函式，然後啟用定時器就可以了。
定時器有兩種 簡單定時器和高精度定時器
定時器並不是週期執行，它在超時後就自行銷燬
1、簡單定時器
簡單定時器結構體
定時器由結構timer_list表示，在<linux/timer.h>中：
struct timer_list{
struct list_head entry; /*定時器連結串列入口*/
unsigned long expires; /*以jiffies單位的定時值*/
spin_lock lock; /*保護定時器的鎖*/
void (*func)(unsigned long); /* 定時器處理函式*/
unsigned long data; /*引數*/
struct tvec_t_base_s *base; /*定時內部值，使用者不要使用*/
};
使用定時步驟:
1、定義定時器：struct timer_list my_timer;
2、初始化定時器：init_timer(&my_timer);
3、定義定時器中斷處理函式：
void my_timer_fuc(unsigned long data);
my_timer.function = my_timer_fuc；
my_timer.data = 0;
data引數使你可以利用同一個處理函式註冊多個定時器，只需要通過引數就能區別對待它們。如果不需要引數，可以簡單的傳遞0(或任何其他值)給處理函式。
----以上三個步驟可以用以下直接代替
static struct timer_list my_timer =TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data);
4、啟用定時器
mod_timer(&my_tiner, jiffies+new_delay );
第2個引數表示超時時間，它是以節拍為單位的絕對計數值 ,只要節拍計數大於或等於指定的超時時，核心就開始執行定時器處理函式，然後停止計時。
5、停止定時器
①、del_timer(&my_timer);
被啟用或未被啟用的定時器都可以使用該函式。如果定時器還未被啟用，該函式返回0；否則返回1。
②、del_timer_sync(&my_timer);
同步等待可能在其他處理器上執行的定時器處理程式都退出、不能在中斷上下文中使用
2、高精度定時器
儘管簡單計時器 API 簡單有效，但它並不能提供實時應用程式所需的準確性。為此，核心引入了精確度更高的計時器。
注意：時間不是用 jiffies 表示的，而是以一種名為 ktime 的特殊資料型別表示。這種表示方法隱藏了在這個粒度上有效管理時間的一些細節。hrtimer API 正式確認（formalize）了絕對時間和相對時間之間的區別，要求呼叫者指定型別。
①、初始化定時器:
void hrtimer_init( struct hrtimer *time, clockid_t clock_id, enum hrtimer_mode mode );
其中，第二個引數clock_id有兩種取值，如下：
CLOCK_REALTIME：這種型別的時鐘可以反映wall clock time，用的是絕對時間，當系統的時鐘源被改變，或者系統管理員重置了系統時間之後，這種型別的時鐘可以得到相應的調整，也就是說，系統時間影響這種型別的timer。
CLOCK_MONOTONIC：用的是相對時間，他的時間是通過jiffies值來計算的。該時鐘不受系統時鐘源的影響，只受jiffies值的影響。
建議使用：CLOCK_MONOTONIC這種時鐘更加穩定，不受系統時鐘的影響。如果想反映wall clock time，就使用CLOCK_REALTIME。
②、 啟動定時器 :
int hrtimer_start(struct hrtimer *timer, ktime_t time, const enum hrtimer_mode mode);
③、取消計時器：
int hrtimer_cancel(struct hrtimer *timer);
如果計時器已經發出，那麼它將等待回撥函式結束
int hrtimer_try_to_cancel(struct hrtimer *timer);
如果計時器已經發出，它將返回失敗
四、原子操作
所謂原子操作，就是該操作絕不會在執行完畢前被任何其他任務或事件打斷，也就說，它的最小的執行單位，不可能有比它更小的執行單位。
原子操作需要硬體的支援，因此是架構相關的，其API和原子型別的定義都定義在核心原始碼樹的include/asm/atomic.h檔案中，它們都使用匯編語言實現，因為C語言並不能實現這樣的操作。
1、atomic_t資料型別
原子操作主要用於實現資源計數，很多引用計數(refcnt)就是
通過原子操作實現的。原子型別定義如下
typedef struct
{
volatile int counter;
} atomic_t;
volatile修飾字段告訴gcc不要對該型別的資料做優化處理，
對它的訪問都是對記憶體的訪問，而不是對暫存器的訪問。
2、操作API
void atomic_read(atomic_t * v);
該函式對原子型別的變數進行原子讀操作，它返回原子型別的變數v的值。
void atomic_set(atomic_t * v, int i);
該函式設定原子型別的變數v的值為i。
void atomic_add(int i, atomic_t *v);
該函式給原子型別的變數v增加值i。
void atomic_sub(int i, atomic_t *v);
該函式從原子型別的變數v中減去i。
int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v);
該函式從原子型別的變數v中減去i，並判斷結果是否為0，如果為0，返回真，否則返回假。
void atomic_inc(atomic_t *v);
該函式對原子型別變數v原子地增加1。
void atomic_dec(atomic_t *v);
該函式對原子型別的變數v原子地減1。
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);
該函式對原子型別的變數v原子地減1，並判斷結果是否為0，如果為0，返回真，否則返回假。
int atomic_inc_and_test(atomic_t *v);
該函式對原子型別的變數v原子地增加1，並判斷結果是否為0，如果為0，返回真，否則返回假。
int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v);
該函式對原子型別的變數v原子地增加I，並判斷結果是否為負數，如果是，返回真，否則返回假。
int atomic_add_return(int i, atomic_t *v);
該函式對原子型別的變數v原子地增加i，並且返回指向v的指標。
int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v);
該函式從原子型別的變數v中減去i，並且返回指向v的指標。
int atomic_inc_return(atomic_t * v);
該函式對原子型別的變數v原子地增加1並且返回指向v的指標。
int atomic_dec_return(atomic_t * v);
該函式對原子型別的變數v原子地減1並且返回指向v的指標。