Linux hrtimer分析--未配置高精度模式

本文分析了Linux2.6.29中hrtimer的實現。

Linux2.6中實現了一種新的定時器hrtimer。與傳統定時器使用時間輪算法不同，hrtimer使用了紅黑樹算法。hrtimer本身可以配置成高精度和普通精度兩種，在單CPU系統和多CPU系統中的實現也有區別。這裡先分析最簡單的配置成普通精度、單CPU的情況。配置成高精度的情況見後續文章。

1.     時鐘源的定義

為了實現hrtimer，Linux為系統中每一個CPU定義了一個hrtimer_cpu_base，這個結構體的定義如下： 

1. struct hrtimer_cpu_base {  
2.     raw_spinlock_t          lock;  
3.     struct hrtimer_clock_base   clock_base[HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES];  //時鐘源 #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，有為每個CPU具體定義hrtimer_cpu_base的代碼：

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 時鐘源類型

       可以看出，每個CPU都必須定義兩個時鐘源：REALTIME和MONOTONIC。REALTIME代表實時時鐘，MONOTONIC代表單調遞增時鐘。兩者的區別在於，當用戶更改系統時間時，REALTIME時鐘會收到影響，但MONOTONIC不受影響。這可以從它們兩個的get_time函數指針看出來，REALTIME時鐘指向的是ktime_get_real，MONOTONIC指向的是ktime_get。

     時鐘源的結構體定義為struct hrtimer_clock_base，其中有兩個域struct rb_node       *first和struct rb_root   active，這兩個域維護了hrtimer的紅黑樹。也就是說，每一個hrtimer_clock_base都維護了自己的一個紅黑樹。

      hrtimer在初始化時，都需要加入到某一個時鐘源的紅黑樹中，這個時鐘源要麼是REALTIME，要麼是MONOTONIC，這個關聯通過struct hrtimer的base域實現。

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. };