Linux hrtimer分析--未配置高精度模式

Linux hrtimer分析--未配置高精度模式

本文分析了Linux2.6.29中hrtimer的实现。

Linux2.6中实现了一种新的定时器hrtimer。与传统定时器使用时间轮算法不同，hrtimer使用了红黑树算法。hrtimer本身可以配置成高精度和普通精度两种，在单CPU系统和多CPU系统中的实现也有区别。这里先分析最简单的配置成普通精度、单CPU的情况。配置成高精度的情况见后续文章。

1.     时钟源的定义

为了实现hrtimer，Linux为系统中每一个CPU定义了一个hrtimer_cpu_base，这个结构体的定义如下： 

1. struct hrtimer_cpu_base {  
2.     raw_spinlock_t          lock;  
3.     struct hrtimer_clock_base   clock_base[HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES];  //时钟源 #define HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES 2   
4. #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS   
5.     ktime_t             expires_next;  
6.     int             hres_active;  
7.     int             hang_detected;  
8.     unsigned long           nr_events;  
9.     unsigned long           nr_retries;  
10.     unsigned long           nr_hangs;  
11.     ktime_t             max_hang_time;  
12. #endif   
13. };  
14. <p> </p><pre class="cpp" name="code">struct hrtimer_clock_base {  
15.     struct hrtimer_cpu_base *cpu_base;  
16.     clockid_t       index;  
17.     struct rb_root      active;  
18.     struct rb_node      *first;  
19.     ktime_t         resolution;  
20.     ktime_t         (*get_time)(void);  
21.     ktime_t         softirq_time;  
22. #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS   
23.     ktime_t         offset;  
24. #endif   
25. };  

在hrtimer.c中，有为每个CPU具体定义hrtimer_cpu_base的代码：

1. DEFINE_PER_CPU(struct hrtimer_cpu_base, hrtimer_bases) =  
2. {  
3.   
4.     .clock_base =  
5.     {  
6.         {  
7.             .index = CLOCK_REALTIME,  
8.             .get_time = &ktime_get_real,  
9.             .resolution = KTIME_LOW_RES,  
10.         },  
11.         {  
12.             .index = CLOCK_MONOTONIC,  
13.             .get_time = &ktime_get,  
14.             .resolution = KTIME_LOW_RES,  
15.         },  
16.     }  
17. };  

1.1 时钟源类型

       可以看出，每个CPU都必须定义两个时钟源：REALTIME和MONOTONIC。REALTIME代表实时时钟，MONOTONIC代表单调递增时钟。两者的区别在于，当用户更改系统时间时，REALTIME时钟会收到影响，但MONOTONIC不受影响。这可以从它们两个的get_time函数指针看出来，REALTIME时钟指向的是ktime_get_real，MONOTONIC指向的是ktime_get。

     时钟源的结构体定义为struct hrtimer_clock_base，其中有两个域struct rb_node       *first和struct rb_root   active，这两个域维护了hrtimer的红黑树。也就是说，每一个hrtimer_clock_base都维护了自己的一个红黑树。

      hrtimer在初始化时，都需要加入到某一个时钟源的红黑树中，这个时钟源要么是REALTIME，要么是MONOTONIC，这个关联通过struct hrtimer的base域实现。

1. struct hrtimer {  
2.     struct rb_node          node;  
3.     ktime_t             _expires;  
4.     ktime_t             _softexpires;  
5.     enum hrtimer_restart        (*function)(struct hrtimer *);  
6.     struct hrtimer_clock_base   *base;  
7.     unsigned long           state;  
8. #ifdef CONFIG_TIMER_STATS   
9.     int             start_pid;  
10.     void                *start_site;  
11.     char                start_comm[16];  
12. #endif   
13. };