Kernel/ init/calibrate.c 文件中 alibrate_delay() 函数分析

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作者:曹磊 
对于每一个linux编程爱好者来说，他们都有一个共同的心愿，就是了解linux的内核。但是linux内核的庞大与复杂让人望而生畏。往往是鼓足勇气一头扎进去，学得昏天黑地的，却没有学到什么。这里我想说，初学者不妨先学习学习内核中一些简单的函数，从中既可以得到乐趣，又能了解到内核的一些编程风格。然后，再将linux划分成几个部分，如进程调度、内存管理等，对每个部分从原理上去把握了解。接着，在详细分析各个部分的具体实现。最后，各部分串在一起，把过去单独分析时，不懂的地方加以重新了解。这样循环监禁，可以让我们更快更系统的学习linux的内核。 
这是我对内核学习的一些理解，欢迎各位提宝贵意见。我今天向大家介绍的是linux内核中一个有趣的函数calibrate_delay（）。 
calibrate_delay（）函数可以计算出cpu在一秒钟内执行了多少次一个极短的循环，计算出来的值经过处理后得到BogoMIPS值，Bogo是Bogus(伪)的意思，MIPS是millions of instructions per second(百万条指令每秒)的缩写。这样我们就知道了其实这个函数是linux内核中一个cpu性能测试函数。由于内核对这个数值的要求不高，所以内核使用了一个十分简单而有效的算法用于得到这个值。这个值虽然不准确，但也足以令我们心动。如果你想了解自己机器的BogoMIPS，你可以察看/proc/cpuinfo文件中的最后一行。在你知道了自己cpu的BogoMIPS之后，如果你觉得不过瘾，那么让我们一起来看看calibrate_delay函数是怎么完成工作的。 
下面是calibrate_delay的源代码，我在每行之前都加上了行号，以便讲解。 
1 #define LPS_PREC 8 
2 void __init calibrate_delay(void) 
3 { 
4 unsigned long ticks,loopbit; 
5 int lps_precision=LPS_PREC 
6 
7 loops_per_sec=(1<<12); 
8 
9 printk(“Calibrating delay loop…”); 
10 while(loops_per_sec<<=1) { 
11 /* wait for “start of” clock tick */ 
12 ticks=jiffies; 
13 while(ticks==jiffies) 
14 /* nothing */; 
15 /* Go… */ 
16 ticks=jiffies; 
17 __delay(loops_per_sec); 
18 ticks=jiffies-ticks; 
19 if(ticks) 
20 break; 
21 } 
22 
23 /* Do a binary approximation to get loops_per_second set 
24 * to equal one clock (up to lps_precision bits) */ 
25 loops_per_sec >>=1; 
26 loopbit=loop_per_sec; 
27 while(lps_precision-- && (loopbit >>=1) ) { 
28 loops_per_sec |= loopbit; 
29 ticks=jiffies; 
30 while(ticks==jiffies); 
31 ticks=jiffies; 
32 __delay(loops_per_sec); 
33 if(jiffies!=ticks) /* longer than 1 tick */ 
34 loops_per_sec &=~loopbit; 
35 } 
36 /* finally,adjust loops per second in terms of seconds 
37 * instead of clocks */ 
38 loops_per_sec *= HZ; 
39 /* Round the value and print it */ 
40 printk(“%lu.%02lu BogoMIPSn”, 
41 (loops_per_sec+2500)/500000, 
42 ((loops_per_sec+2500)/5000) % 100); 
43 } 
对calibrate_delay()函数分析如下： 
1 定义计算BogoMIPS的精度，这个值越大，则计算出的BogoMIPS越精确。 
7 loops_per_sec为每秒钟执行一个极短的循环的次数。 
9 printk()是内核消息日志打印函数，用法同printf()函数。 
10 第10至21行，是第一次计算loops_per_sec的值，这次计算只是一个粗略的计算，为下面的计算打好基础。 
11 第11 至16行，是用于等待一个新的定时器滴答（它大概是百万分之一秒）的开始。可以想象我们要计算loops_per_sec的值，可以在一个滴答的开始时，立即重复执行一个极短的循环，当一个滴答结束时，这个循环执行了多少次就是我们要求的初步的值，再用它乘以一秒钟内的滴答数就是loops_per_sec的值。 
12 系统用jiffies全局变量记录了从系统开始工作到现在为止，所经过的滴答数。它会被内核自动更新。这行语句用于记录当前滴答数到tick变量中。 
13 注意这是一个没有循环体得空循环，第14行仅有一个“；”号。这条循环语句是通过判断tick的值与jiffies的值是否不同，来判断jiffies是否变化，即是否一个新的滴答开始了 
16 记录下新的滴答数以备后用。 
17 根据loops_per_sec值进行延时（及执行loop_per_sec次极短循环）。 
18 以下三行用于判断执行的延时是否超过一个滴答。一般loops_per_sec的初始值并不大，所以循环会逐步加大loops_per_sec的值，直到延时超过一个滴答。我们可以看出，前一次loops_per_sec的值还因太小不合适时，经过一次增大，它提高了两倍，满足了循环条件，跳出循环，而这个值实在是误差太大，所以我们还要经过第二次计算。这里还要注意的是通过上面的分析,我们可以知道更加精确的loops_per_sec的值应该在现在的值与它的一半之间。 
23 这里开始就是第二次计算了。它用折半查找法在我们上面所说的范围内计算出了更精确的loops_per_sec的值。 
25 义查找范围的最小值，我把它称为起点。 
26 定义查找范围，这样我们就可以看到loop_per_sec的值在“起点”与“起点加范围（终点）”之间。 
27 进入循环，将查找范围减半。 
28 重新定义起点，起点在“原起点加27行减半范围”处，即新起点在原先起点与终点的中间。这时我们可以看出loops_per_sec在“新起点”与“新起点加减半范围（新终点）”之间。 
29 第29至32行与第12至17行一致，都是等待新的滴答，执行延时。 
33 如果延时过短，说明loops_per_sec的值小了，将会跳过这部分，再次进入循环。它将是通过不断的折半方式来增大。如果延时过长，说明loops_per_sec的值大了，将起点重新返回原起点，当再次进入循环，由于范围减半，故可以达到减小的效果。 
38 计算出每秒执行极短循环的次数。从这里我们可以看出它好像是个死循环，所以加入了lps_precision变量，来控制循环，即LPS_PREC越大，循环次数越多，越精确。可能这些不太好懂，总的说来，它首先将loop_per_sec的值定为原估算值的1/2,作为起点值(我这样称呼它),以估算值为终点值.然后找出起点值到终点值的中间值.用上面相同的方法执行一段时间的延时循环.如果延时超过了一个tick,说明loop_per_sec值偏大,则仍以原起点值为起点值,以原中间值为终点值,以起点值和终点值的中间为中间值继续进行查找,如果没有超过一个tick,说明loop_per_sec偏小,则以原中间值为起点值,以原终点值为终点值继续查找。 
40 出BogoMIPS，并打印。 
至此，我们就分析完了calibrate_delay()函数。你从中学到了什么没有？如果你还有什么不明白的地方，可以给我发Email，如果你认为有什么更好的方法，欢迎来信我们一同探讨，我的Email是：feixiangniao@sina.com。