linux 内核学习之—定时器和时间管理

1.概述

目的：

内核中存在大量基于事件驱动的函数，为满足这些函数定期（周期）性执行的需要—即为此类函数提供时间；
管理系统的运行时间以及当前日期和时间的管理—提供绝对时间和相对时间.

核心：
系统定时器和时钟中断处理程序是linux系统内核管理机制的中枢。
2 基本概念
系统定时器：一种可编程硬件芯片，用于帮助内核计算和管理时间，能以固定频率自发产生定时器中断，对应的中断处理程序负责更新系统时间及执行需要周期性的任务。
节拍率：系统定时器自行触发时钟中断的频率，即系统定时器默认频率，通过编程（内核<asm/param.h中>）预定，单位为HZ，多数情况下默认为1000HZ（该值可调, 2.5版本以后的版本为1000HZ,windows i386中配置为100HZ），即1ms产生一次时钟中断。
动态定时器：也称内核定时器或者定时器，内核中用于管理系统运行时间，个人认为可理解为：可设置某个动作延时到某个指定时间点再执行的软件机制。ps:通常定时器在超时后马上就会执行，但也有可能推迟到下一次时钟节拍时才能执行，所以不能用定时器来实现任何硬定时任务。
实时时钟（RTC）：用来持久存放系统时间的设备，系统关闭后，靠主板上的微型电池供电以保持系统计时.
节拍：连续两次时钟中断的间隔时间，等于节拍率分之一。

系统运行时间：自系统启动开始所经历的时间，以秒为单位。

实际时间：也称墙上时间，以秒为单位。

jiffies；内核中用于记录系统自动以来产生的节拍的总数的全局变量，启动时，被内核初始化为0；jiffies一秒钟增加的值即为HZ。即系统启动以来运行的时间。

xtime:内核中保存当前实际时间的全局变量，存放1970年1月1日以来经过的时间（UTC）。

3 具体实现

获取实际时间：系统启动时，内核读取RTC来初始化实际时间,并保存在变量xtime中并通过控制时钟中断维护实际时间；获取系统运行时间：通过两次读取运行时间并计算差值。

实现延时：

使用定时器；
中断下半部机制；
短延时：使用于比时钟节拍还短的延迟，精度高，依靠执行多次循环达到延迟目的（因为内核可以获知处理器1秒内能执行多少次循环(通过bogomips，见4)），内核提供us ns ms 三个级别的延迟函数，对应分别为：udelay ndelay mdelay
忙等待：延迟的时间必须为节拍的整数倍，效率低，使用少
schedule_timeout

4 其他
提高系统的节拍率，
优势：

提高进程抢占的准确度；（提高频率的好处是：系统计时更精确系统的性能提高了。linux进程调度是完全依赖系统定时器的，进行一次进程调度时需要计算每个进程分配的时间片，这个时间片实际上就是一个有定时器中断来控制的。如有3个进程
A、B、C分配的时间片分别是10ms 20ms 30ms，在当进程AB都用完了时间片， C在使用21ms后程序执行了这时节拍率为1000的系统会直接进行下一次的进程调度节拍率为100的系统则会浪费9ms，直到下一次的定时器中断到来时才会重新执行调度。）
提高依赖定时执行的系统调用的执行精度，比如poll 和select函数；

劣势：

时钟中断频率也随之提高，系统负担越重，因为中断处理程序占用的处理器时间或资源越多；
频繁打乱处理器高速缓存并增加耗电

bogomips：

Bogomips能测出一秒钟内某程序运行了多少次。其实，BogoMips的过程就是一个简单计数循环，看ls可以循环多少次。

在linux和uClinux启动过程中，我们通常可以看到以下语句：Calibrating
delay loop... xxxx BogoMIPS。其中Calibrate的意思是校准, 进入时延校准循环；Bogo是Bogus(伪)的意思；MIPS是每秒百万条指令。这里是对CPU进行一个实时测试，来得到一个大体的MIPS数值。