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. {
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. };