您的位置:首页 > 移动开发 > Android开发

usleep的--系统调用流程 Android4.0.1

2013-06-07 10:35 267 查看
1.由于在不同的硬件平台上经常遇到usleep不准确的问题,比如usleep(2*1000),结果sleep了10ms,是不是有点过分,测试代码如下:

[cpp] view
plaincopy

#include <stdio.h>  

#include <stdlib.h>  

  

int main(int argc,char **argv)  

{  

  

    struct timeval oldTime, newTime;  

    int iStime,i,j;  

    iStime=5;  

    for(i=0;i<60;i++)  

    {  

        for(j=0;j<10;j++)  

        {  

            gettimeofday( &oldTime, NULL );  

            usleep( iStime * 1000 );  

            gettimeofday( &newTime, NULL );  

            printf("iStime:%d,actual time:%lld\n",iStime,((long long)(newTime.tv_sec*1000 + newTime.tv_usec/1000)-(long long)(oldTime.tv_sec*1000 + oldTime.tv_usec/1000)));  

        }  

        iStime++;  

    }  

}  

当然为防止出现意外,禁止测试期间设置系统时间。

 

2. 根据以前的经验,此usleep不准主要是由于Kernel中系统timer的rating值过高引起的。

 

3. 下面从源码的角度分析一下usleep的实现细节,并进一步分析其原因。以下以Android4.0.1为例进行分析。注此问题主要与Kernel有关,与glibc或bionic无关。

 

4. 首先找到usleep的源码:

[cpp] view
plaincopy

//位于/bionic/libc/unistd/usleep.c  

#include <time.h>  

#include <errno.h>  

  

int usleep(unsigned long usec)  

{  

  struct timespec ts;  

  

  ts.tv_sec  = usec/1000000UL;  

  

#ifdef __arm__  

    /* avoid divisions and modulos on the ARM */  

  ts.tv_nsec = (usec - ts.tv_sec*1000000UL)*1000;  

#else  

  ts.tv_nsec = (usec % 1000000UL) * 1000UL;  

#endif  

  

  for (;;)  

  {  

    if ( nanosleep( &ts, &ts ) == 0 )  

        return 0;  

  

    // We try again if the nanosleep failure is EINTR.  

    // The other possible failures are EINVAL (which we should pass through),  

    // and ENOSYS, which doesn't happen.  

    if ( errno != EINTR )  

        return -1;  

  }  

}  

它也很懒的,就调用了nanosleep,哪就看看nanasleep的源码吧! 不幸是只找到一个extern int  nanosleep(const struct timespec *, struct timespec *); 它位于/bionic/libc/include/sys/linux-unistd.h,并没有找到它的实现。其实看看Linux系统调用,早就知道它是一个系统调用,哪就分析一下是如何进行系统调用的,以前只是讲过原理,并没有实例,在此把它完成了。

 

5. 寻找系统调用函数

如果这个函数没有实现,哪肯定是不能调用的,就像MIT教授在公开课上所讲的,搞计算机的不像搞别的,做不了假,别人不管你怎么设计的,只看你实现的结果,很有道理。也证明了搞if else的人不能做弊。哪就从它的Android.mk入手吧,看看还Link了什么东东。打开libc的Android.mk发现,其中有一行

include $(LOCAL_PATH)/arch-$(TARGET_ARCH)/syscalls.mk

这就是关键所在,syscalls系统调用,不正是我们要找的吗?进入arch-arm/syscalls.mk一看,其中一大片.s,Search一下,看有没有nanosleep.s,还真有这么一行,真是大快人心:syscall_src += arch-arm/syscalls/nanosleep.S

赶紧去瞧瞧,ARM汇编水平不高,能看懂吗?先把代码贴上再说,不懂就问google.

[cpp] view
plaincopy

/* autogenerated by gensyscalls.py */  

#include <sys/linux-syscalls.h>  

  

    .text  

    .type nanosleep, #function  

    .globl nanosleep  

    .align 4  

    .fnstart  

  

nanosleep:  

    .save   {r4, r7}  

    stmfd   sp!, {r4, r7}  

    ldr     r7, =__NR_nanosleep  

    swi     #0  

    ldmfd   sp!, {r4, r7}  

    movs    r0, r0  

    bxpl    lr  

    b       __set_syscall_errno  

    .fnend  

__NR_nanosleep是个什么东东,凭直觉,肯定在sys/linux-syscalls.h中有定义。打开/libc/include/sys/linux-syscalls.h并search __NR_nanosleep, 明白了,它定义了__NR_nanosleep的值为(__NR_SYSCALL_BASE + 162),其实就是定义了其系统调用号。这就与前一文swi连接起来了。上面的代码把系统调用号传递给r7,然后触发了一个软中断,从而进入内核态执行。

 

6. 软中断处理流程

根据常识,既然是软中断,就一定有一个对应的ISR,打开/kernel/arch/arm/kernel/entry-common.S,发现其中有一个ENTRY(vector_swi),这就是我们要找的ISR,其详细代码如下:

[cpp] view
plaincopy

    .align  5  

ENTRY(vector_swi)  

    sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE  

    stmia   sp, {r0 - r12}          @ Calling r0 - r12  

 ARM(   add r8, sp, #S_PC       )  

 ARM(   stmdb   r8, {sp, lr}^       )   @ Calling sp, lr  

 THUMB( mov r8, sp          )  

 THUMB( store_user_sp_lr r8, r10, S_SP  )   @ calling sp, lr  

    mrs r8, spsr            @ called from non-FIQ mode, so ok.  

    str lr, [sp, #S_PC]         @ Save calling PC  

    str r8, [sp, #S_PSR]        @ Save CPSR  

    str r0, [sp, #S_OLD_R0]     @ Save OLD_R0  

    zero_fp  

  

    /* 

     * Get the system call number. 

     */  

  

#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)  

  

    /* 

     * If we have CONFIG_OABI_COMPAT then we need to look at the swi 

     * value to determine if it is an EABI or an old ABI call. 

     */  

#ifdef CONFIG_ARM_THUMB  

    tst r8, #PSR_T_BIT  

    movne   r10, #0             @ no thumb OABI emulation  

    ldreq   r10, [lr, #-4]          @ get SWI instruction  

#else  

    ldr r10, [lr, #-4]          @ get SWI instruction  

  A710( and ip, r10, #0x0f000000        @ check for SWI     )  

  A710( teq ip, #0x0f000000                     )  

  A710( bne .Larm710bug                     )  

#endif  

#ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8  

    rev r10, r10            @ little endian instruction  

#endif  

  

#elif defined(CONFIG_AEABI)  

  

    /* 

     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7). 

     */  

  A710( ldr ip, [lr, #-4]           @ get SWI instruction   )  

  A710( and ip, ip, #0x0f000000     @ check for SWI     )  

  A710( teq ip, #0x0f000000                     )  

  A710( bne .Larm710bug                     )  

  

#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)  

  

    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */  

    tst r8, #PSR_T_BIT          @ this is SPSR from save_user_regs  

    addne   scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in  

    ldreq   scno, [lr, #-4]  

  

#else  

  

    /* Legacy ABI only. */  

    ldr scno, [lr, #-4]         @ get SWI instruction  

  A710( and ip, scno, #0x0f000000       @ check for SWI     )  

  A710( teq ip, #0x0f000000                     )  

  A710( bne .Larm710bug                     )  

  

#endif  

  

#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP  

    ldr ip, __cr_alignment  

    ldr ip, [ip]  

    mcr p15, 0, ip, c1, c0      @ update control register  

#endif  

    enable_irq  

  

    get_thread_info tsk  

    adr tbl, sys_call_table     @ load syscall table pointer  

    ldr ip, [tsk, #TI_FLAGS]        @ check for syscall tracing  

  

#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)  

    /* 

     * If the swi argument is zero, this is an EABI call and we do nothing. 

     * 

     * If this is an old ABI call, get the syscall number into scno and 

     * get the old ABI syscall table address. 

     */  

    bics    r10, r10, #0xff000000  

    eorne   scno, r10, #__NR_OABI_SYSCALL_BASE  

    ldrne   tbl, =sys_oabi_call_table  

#elif !defined(CONFIG_AEABI)  

    bic scno, scno, #0xff000000     @ mask off SWI op-code  

    eor scno, scno, #__NR_SYSCALL_BASE  @ check OS number  

#endif  

  

    stmdb   sp!, {r4, r5}           @ push fifth and sixth args  

    tst ip, #_TIF_SYSCALL_TRACE     @ are we tracing syscalls?  

    bne __sys_trace  

  

    cmp scno, #NR_syscalls      @ check upper syscall limit  

    adr lr, BSYM(ret_fast_syscall)  @ return address  

    ldrcc   pc, [tbl, scno, lsl #2]     @ call sys_* routine  

  

    add r1, sp, #S_OFF  

2:  mov why, #0             @ no longer a real syscall  

    cmp scno, #(__ARM_NR_BASE - __NR_SYSCALL_BASE)  

    eor r0, scno, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number back  

    bcs arm_syscall   

    b   sys_ni_syscall          @ not private func  

ENDPROC(vector_swi)  

7. 找与nanosleep对应的处理函数

从上面的代码中可以看出,它将调用sys_call_table中的某个函数。在同一个文件中寻找sys_call_table,其代码如下:

[cpp] view
plaincopy

    .type   sys_call_table, #object  

ENTRY(sys_call_table)  

#include "calls.S"  

看看linux/arch/arm/kernel/calls.S中的内容:

[cpp] view
plaincopy

/* 0 */     CALL(sys_restart_syscall)  

        CALL(sys_exit)  

        CALL(sys_fork_wrapper)  

        CALL(sys_read)  

        CALL(sys_write)  

                ...  

/* 160 */   CALL(sys_sched_get_priority_min)  

        CALL(sys_sched_rr_get_interval)  

        CALL(sys_nanosleep)  

        CALL(sys_mremap)  

        CALL(sys_setresuid16)  

原来nanosleep系统调用在Kernel中的函数为sys_nanosleep,现在去分析一下是如何实现高精度的sleep的,是忙等(执行nop指令),还是闲等(让出CPU使用权)呢? 马上就会有答案了。由于小弟知识有限,没哪么简单,我找了2个小时也没有找到答案,惭愧啊!

 

8. 先看看熟悉的系统调用open吧!

也不幸运,没有sys_open这样的函数。反正知道这个东东在fs/open.c中,基本原理应该是一样的。在此文件中找到了下面这个函数:

SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode)

 

linux/syscalls.h定义如下:

asmlinkage long sys_open(const char __user *filename,int flags, int mode); (asmlinkage就是一个extern "C")

 

这兄弟俩长得太像了,再看看SYSCALL_DEFINE3的定义,看看能不能找到二者的关系。

哈哈哈哈哈哈.....,终于在linux/syscalls.h中找到答案了,SYSCALL_DEFINE3的定义如下:

[cpp] view
plaincopy

#define __SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...) asmlinkage long sys##name(__SC_DECL##x(__VA_ARGS__))  

#define SYSCALL_DEFINEx(x, sname, ...)  __SYSCALL_DEFINEx(x, sname, __VA_ARGS__)  

#define SYSCALL_DEFINE3(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(3, _##name, __VA_ARGS__)   

把SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode)还原就变成了:

asmlinkage long sys_open(const char __user *filename,int flags, int mode);是不是与要找的函数一模一样呢?终于找到如何看这个代码的方法了!

 

9. 继续找sys_nanosleep的实现代码

先看看linux/kernel/hrtimer.c中的commnets:

 *  High-resolution kernel timers
 *

 *  In contrast to the low-resolution timeout API implemented in

 *  kernel/timer.c, hrtimers provide finer resolution and accuracy

 *  depending on system configuration and capabilities.

 *

 *  These timers are currently used for:

 *   - itimers

 *   - POSIX timers

 *   - nanosleep

 *   - precise in-kernel timing

看到上面的nanosleep了吗?说明有机会找到了。

SYSCALL_DEFINE2(nanosleep, struct timespec __user *, rqtp,  struct timespec __user *, rmtp)这不就是我要找的吗? 由于这是一个宏,在SourceInsight中查找函数nanosleep是找不到的,search字符串nanosleep是可行的。其代码如下:

[cpp] view
plaincopy

SYSCALL_DEFINE2(nanosleep, struct timespec __user *, rqtp,  

        struct timespec __user *, rmtp)  

{  

    struct timespec tu;  

  

    if (copy_from_user(&tu, rqtp, sizeof(tu)))  

        return -EFAULT;  

  

    if (!timespec_valid(&tu))  

        return -EINVAL;  

  

    return hrtimer_nanosleep(&tu, rmtp, HRTIMER_MODE_REL, CLOCK_MONOTONIC);  

}  

hrtimer_nanosleep实现如下:

[cpp] view
plaincopy

long hrtimer_nanosleep(struct timespec *rqtp, struct timespec __user *rmtp,  

               const enum hrtimer_mode mode, const clockid_t clockid)  

{  

    struct restart_block *restart;  

    struct hrtimer_sleeper t;  

    int ret = 0;  

    unsigned long slack;  

  

    slack = current->timer_slack_ns;  

    if (rt_task(current))  

        slack = 0;  

  

    hrtimer_init_on_stack(&t.timer, clockid, mode);  

    hrtimer_set_expires_range_ns(&t.timer, timespec_to_ktime(*rqtp), slack);  

    if (do_nanosleep(&t, mode))  

        goto out;  

  

    /* Absolute timers do not update the rmtp value and restart: */  

    if (mode == HRTIMER_MODE_ABS) {  

        ret = -ERESTARTNOHAND;  

        goto out;  

    }  

  

    if (rmtp) {  

        ret = update_rmtp(&t.timer, rmtp);  

        if (ret <= 0)  

            goto out;  

    }  

  

    restart = ¤t_thread_info()->restart_block;  

    restart->fn = hrtimer_nanosleep_restart;  

    restart->nanosleep.index = t.timer.base->index;  

    restart->nanosleep.rmtp = rmtp;  

    restart->nanosleep.expires = hrtimer_get_expires_tv64(&t.timer);  

  

    ret = -ERESTART_RESTARTBLOCK;  

out:  

    destroy_hrtimer_on_stack(&t.timer);  

    return ret;  

}  

[cpp] view
plaincopy

static int __sched do_nanosleep(struct hrtimer_sleeper *t, enum hrtimer_mode mode)  

{  

    hrtimer_init_sleeper(t, current);  

  

    do {  

        set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);  

        hrtimer_start_expires(&t->timer, mode);  

        if (!hrtimer_active(&t->timer))  

            t->task = NULL;  

  

        if (likely(t->task))  

            schedule();  

  

        hrtimer_cancel(&t->timer);  

        mode = HRTIMER_MODE_ABS;  

  

    } while (t->task && !signal_pending(current));  

  

    __set_current_state(TASK_RUNNING);  

  

    return t->task == NULL;  

}  

调用流程如下:

nanosleep()--> sys_nanosleep()--> hrtimer_nanosleep()--> do_nanosleep()-->hrtimer_start()--> enqueue_hrtimer() -->hrtimer_enqueue_reprogram()-->hrtimer_reprogram()-->int
tick_program_event(ktime_t expires, int force)->

  (struct clock_event_device *dev = __get_cpu_var(tick_cpu_device).evtdev; 获得clock_event_device)


int tick_dev_program_event(struct clock_event_device *dev, ktime_t expires, int force)->

int clockevents_program_event(struct clock_event_device *dev, ktime_t expires,ktime_t now) ->

dev->set_next_event((unsigned long) clc, dev)<在注册的clock_event_device中提供此函数,其主要功能是设置相关寄存器,以设置此超时事件>
内容来自用户分享和网络整理,不保证内容的准确性,如有侵权内容,可联系管理员处理 点击这里给我发消息
标签:  android