1 基本概念

定時機制連同一些更可見的核心活動（如檢查超時）來驅使程序切換。

兩種主要的定時測量：

• 儲存當前的時間和日期，以便能通過time(), ftime()和gettimeofday()系統呼叫把它們返回給使用者程式。
• 維持定時器，這種機制能夠告訴核心或使用者程式某一時間間隔已經過去了。

定時測量是由基於固定頻率振盪器和計數器的幾個硬體電路完成的。

2 時鐘和定時器電路

時鐘電路用於跟蹤當前時間和產生精確的時間度量。

定時器電路由核心程式設計，所以它們以udingde，預先定義的頻率發出中斷。

時鐘電路的分類

• 用於跟蹤當前時間
  • 實時時鐘RTC
  • 時間戳計數器TSC

• 產生週期性的時鐘中斷，用於計時
  • 可程式設計間隔定時器PIT

2.1 實時時鐘RTC——IRQ8上產生中斷

當PC被切斷電源，RTC還繼續工作。

核心通過0x70和0x71I/O埠訪問RTC。

能在IRQ8上發出週期性的中斷，頻率在2HZ~8192HZ之間，可程式設計

2.2 時間戳計數器TSC

在80x86微處理器中，有一個CLK輸入引線接收外部振盪器的時鐘訊號。TSC在每個時鐘訊號到來時加1.

TSC是一個64位的時間戳計數器暫存器，彙編指令rdtsc讀這個暫存器。Linux在初始化時系統時必須確定時鐘訊號的頻率。

獲得tsc的時鐘頻率：calibrate_tsc()函式通過計算一個大約在5ms的時間間隔內所產生的時鐘訊號的個數來算出CPU實際頻率。

Linux通過rdtscll()或rdtscl()用來讀取TSC的事。

與可程式設計間隔定時器相比，TSC可以獲得更精確的時鐘。

2.3 可程式設計間隔定時器PIT

使用I/O埠0x40~0x43

LInux給PC的第一個PIT進行程式設計，使它以大於1000Hz的頻率向IRQ0發出時鐘中斷，即每1ms產生一次時鐘中斷，這個時間間隔叫做一個節拍(tick)，它的長度以納秒為單位存放在tick_nsec變數中。

由setup_pit_timer()進行初始化。在init_pit_timer()中初始化時鐘中斷頻率。

與系統時鐘訊號有關的巨集定義：

（1）巨集定義Hz

在不同的體系機構下，系統時鐘所要求的可程式設計定時器中斷的頻率，即每秒tick的個數

（2）巨集定義CLOCK_TICK_RATE

記錄了不同體系結構下，驅動可程式設計定時器工作的輸入時鐘頻率

（3）巨集定義LATCH

記錄了上述兩個巨集定義的比值，用於在核心初始化過程中設定可程式設計定時器中計數器暫存器counter的初始值。

3 Linux計時體系結構

LInux的計時體系結構是一組與時間流相關的核心資料結構和函式。

功能：

• 更新自系統啟動以來所經過的時間
• 更新時間和日期
• 確定當前程序的執行時間，考慮是否要搶佔
• 更新資源使用統計計數
• 檢查到期的軟定時器

核心有兩個基本的計時函式：

• 保持當前最新的時間
• 計算在當前秒內走過的納秒數

在單處理器系統中，所有定時活動都由IRQ0上的時鐘中斷觸發，包括：

• 在中斷中立即執行的部分
• 作為下半部分延遲執行的部分

3.1 計時體系結構的資料結構

3.1.1定時器物件（時鐘源）

為了使用一種統一的方法來處理可能存在的定時器資源，核心使用能夠了“定時器物件”，它是timer_opts型別的一個描述符。其中最重要的兩個方法：

mark_offset：由時鐘中斷處理程式呼叫，並以適當的資料結構記錄每個節拍到來時的準確時間。

get_offset：使用已記錄的值來計算上一次時鐘中斷（節拍）以來經過的時間。

在核心初始化期間，select_timer()函式設定cur_timer指向適當定時器物件（時鐘源）的地址。變數timer_cur存放了某個定時器對應的那個的地址，該定時器是系統可利用的定時器資源中最好的。

3.1.2jiffies變數

一個計數器，用來記錄自系統啟動以來產生的節拍總數。

因為一秒鐘內產生系統時鐘中斷次數等於巨集定義HZ的值，所以變數jiffies的值在一秒內增加HZ。

3.1.3xtime變數

xtime變數存放當前時間和日期，它是一個timespec型別的資料結構。以便核心對某些物件和事件作時間標記，如記錄檔案的建立時間、修改時間、上次訪問時間，或者供使用者程序通過系統呼叫來使用。

基本每個tick更新一次。

3.2 單處理器系統上的計時體系結構

考點：tick_handle_periodic函式的功能（Linux的計時體系結構的功能）

tick_init呼叫clockevents_tegister_notifier註冊tick_notifier到clockevents_chain上。

Update_wall_time()完成變數xtime的更新。

time_init_hook()來設定系統時鐘中斷處理程式。

在時鐘中斷處理函式中：

會呼叫tick_init函式，書上很多流程中的函式最終都是被這個函式所呼叫，流程如下：

4 軟定時器和延遲函式

軟定時器：

• 動態定時器（核心）
• 間隔定時器（可以使用者）

動態定時器：被動態的建立和撤銷，當前活動的動態定時器個數沒有限制

定時器是一種軟體功能，即允許在將來的某個時刻，函式在給定的時間間隔用完時被呼叫。每個定時器都包含一個欄位，表示定時器將需要多長時間才到期。這個欄位的初值就是jiffies的當前值加上合適的節拍數。

注意，對於必須嚴格遵守定時時間的那些實時應用而言，定時器並不適合，因為定時器的檢查總是由可延遲函式進行。

4.1建立並激活一個動態定時器——init_timer初始化一個time_list物件

• 建立一個新的timer_list物件
• 呼叫init_timer初始化，並設定定時器要處理的函式和引數
• 設定定時時間
• 使用add_timer加入到合適的連結串列中

4.2動態定時器的資料結構

• 成員變數function：該函式指標變數儲存了核心定時器超時後要執行的函式，即定時器超時處理函式。
• 成員變數data：該無符號長整型變數用作定時器超時處理函式的引數。
• 成員變數base：該指標變量表明瞭該核心定時器節點歸屬於系統中哪一個處理器，在使用函式init_timer()初始化核心定時器節點的過程中，將該指標指向了一個每處理器變數tvec_bases的成員變數t_base。

4.3動態定時器的維護

run_timer的主要功能

• 定時器時間表示引數加一
• 處理的定時器去除
• 依次處理到期定時器

動態定時器應用之delayed work

動態定時器應用之schedule_timeout:  setup_time_on_stack(&timer, process_timeout, (unsigned long)current);  timer時間到了之後，process_timeout函式將當前程序變為等待態。

4.4延遲函式：

當核心需要等待一個較短的時間間隔，如幾毫秒，通常裝置驅動器會等待預先定義的整個微秒直到硬體完成某些操作。這些情況下，核心使用udelay()和ndelay()函式：前者接收一個微秒級的時間間隔作為它的引數，並在指定的延遲結束後返回，後者與前者類似，但是指定延遲的引數是納秒級的。