深入分析Linux内核源码－进程调度(1)(1)(2)
2.1 时钟中断的产生
“时钟中断”是特别重要的一个中断，因为整个操作系统的活动都受到它的激励。系统利用时钟中断维持系统时间、促使环境的切换，以保证所有进程共享CPU；利用时钟中断进行记帐、监督系统工作以及确定未来的调度优先级等工作。可以说，“时钟中断”是整个操作系统的脉搏。
时钟中断的物理产生如图3所示：
图3 8253和8259A的物理连接方式
脉冲信号接到中断控制器8259A_1的0号管脚，触发一个周期性的中断，我们就把这个中断叫做时钟中断，时钟中断的周期，也就是脉冲信号的周期，我们叫做“滴答”或“时标”tick）。从本质上说，时钟中断只是一个周期性的信号，完全是硬件行为，该信号触发CPU去执行一个中断服务程序，我们就把这个服务程序叫做时钟中断。
2.2.Linux实现时钟中断的全过程
1. 和时钟中断相关的函数
下面我们看时钟中断触发的服务程序，该程序代码比较复杂，分布在不同的源文件中，主要包括如下函数：
时钟中断程序：timer_interrupt( )；
中断服务通用例程do_timer_interrupt();
时钟函数：do_timer( )；
中断安装程序：setup_irq( );
中断返回函数：ret_from_intr( );
前三个函数的调用关系如下：
timer_interrupt( )
do_timer_interrupt()
do_timer( )
(1) timer_interrupt( )
这个函数大约每10ms被调用一次，实际上， timer_interrupt( )函数是一个封装例程，它真正做的事情并不多，该函数主要语句就是调用do_timer_interrupt()函数。
(2) do_timer_interrupt()
do_timer_interrupt()函数有两个主要任务，一个是调用do_timer( )，另一个是维持实时时钟(RTC，每隔一定时间段要回写)，其实现代码在/arch/i386/kernel/time.c中， 为了突出主题，笔者对以下函数作了改写，以便于读者理解：
static inline void do_timer_interrupt(int irq， void *dev_id， struct pt_regs *regs)
{
do_timer(regs); /* 调用时钟函数，将时钟函数等同于时钟中断未尝不可*/
if(xtime.tv_sec > last_rtc_update + 660)
update_RTC();
/*每隔11分钟就更新RTC中的时间信息，以使OS时钟和RTC时钟保持同步，11分钟即660秒，xtime.tv_sec的单位是秒，last_rtc_update记录的是上次RTC更新时的值 */
}
其中，xtime是前面所提到的timeval类型，这是一个全局变量。
(3) 时钟函数do_timer() (在/kernel/sched.c中)
void do_timer(struct pt_regs * regs)
{
(*(unsigned long *)&jiffies)++; /*更新系统时间，这种写法保证对jiffies操作的原子性*/
update_process_times）;
++lost_ticks;
if( ! user_mode ( regs ) )
++lost_ticks_system;
mark_bh(TIMER_BH);
if (tq_timer)
mark_bh(TQUEUE_BH);
}
其中，update_process_times）函数与进程调度有关，从函数的名子可以看出，它处理的是与当前进程与时间有关的变量，例如，要更新当前进程的时间片计数器counter，如果counter<=0，则要调用调度程序。
与时间有关的事情很多，不能全都让这个函数去完成，这是因为这个函数是在关中断的情况下执行，必须处理完最重要的时间信息后退出，以处理其他事情。那么，与时间相关的其他信息谁去处理，何时处理？这就是由第三章讨论的后半部分去去处理。上面timer_interrupt()所做的事情就是上半部分。
4）中断安装程序
从上面的介绍可以看出，时钟中断与进程调度密不可分，因此，一旦开始有时钟中断就可能要进行调度，在系统进行初始化时，所做的大量工作之一就是对时钟进行初始化，其函数time_init ()的代码在/arch/i386/kernel/time.c中，对其简写如下：
void __init time_init(void)
{
xtime.tv_sec=get_cmos_time();
xtime.tv_usec=0;
setup_irq0，＆irq0）;
}
其中的get_cmos_time()函数就是把当时的实际时间从CMOS时钟芯片读入变量xtime中，时间精度为秒。而setup_irq0，＆irq0）就是时钟中断安装函数，那么irq0指的是什么呢，它是一个结构类型irqaction，其定义及初值如下：
static struct irqaction irq0 = { timer_interrupt， SA_INTERRUPT， 0， "timer"， NULL， NULL};
setup_irq(0， &irq0)的代码在/arch/i386/kernel/irq.c中，其主要功能就是将中断程序连入相应的中断请求队列，以等待中断到来时相应的中断程序被执行。
我们将有关函数改写如下，体现时钟中断的大意：
do_timer_interrupt( ) ／*这是一个伪函数 *／
{
SAVE_ALL ／*保存处理机现场 *／
intr_count += 1; ／* 这段操作不允许被中断 *／
timer_interrupt() ／* 调用时钟中断程序 *／
intr_count -= 1;
jmp ret_from_intr /* 中断返回函数 *／
}
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