linux的时间管理和定时器原理
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linux初始化的时候，初始化了定时相关的代码。
void sched_init(void)
{
...
// 43是控制字端口，0x36=0x00110110,即二进制，方式3，先读写低8位再读写高8位，选择计算器0
outb_p(0x36,0x43); /* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
/*
写入初始值，40端口是计数通道0，初始值
的含义是，8253每一个波动，初始值会减一，减到0则输出一个通知，
LATCH = (1193180/100),1193180是8253的工作频率，
一秒钟波动1193180次。(1193180/100)就是(1193180/1000)*10，即
(1193180/1000)减到0的时候，过去了1毫秒。乘以10即过去10毫秒。
*/
outb_p(LATCH & 0xff , 0x40); /* LSB */
// 再写8位
outb(LATCH >> 8 , 0x40); /* MSB */
// 设置定时中断处理函数，中断号是20,8253会触发该中断
set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt);
...
}
_timer_interrupt:
push %ds # save ds,es and put kernel data space
push %es # into them. %fs is used by _system_call
push %fs
pushl %edx # we save %eax,%ecx,%edx as gcc doesn't
pushl %ecx # save those across function calls. %ebx
pushl %ebx # is saved as we use that in ret_sys_call
pushl %eax
movl $0x10,%eax
mov %ax,%ds
mov %ax,%es
movl $0x17,%eax
mov %ax,%fs
incl _jiffies
movb $0x20,%al # EOI to interrupt controller #1
outb %al,$0x20
movl CS(%esp),%eax
andl $3,%eax # %eax is CPL (0 or 3, 0=supervisor)
pushl %eax
call _do_timer # 'do_timer(long CPL)' does everything from
addl $4,%esp # task switching to accounting ...
jmp ret_from_sys_call
我们看到中断的时候执行了do_timer函数，该函数就是处理定时器和进程调度的。在此之前我们先看看怎么新增一个定时器。
#define TIME_REQUESTS 64
// 定时器数组，其实是个链表
static struct timer_list {
long jiffies;
void (*fn)();
struct timer_list * next;
} timer_list[TIME_REQUESTS], * next_timer = NULL;
void add_timer(long jiffies, void (*fn)(void))
{
struct timer_list * p;
if (!fn)
return;
// 关中断，防止多个进程”同时“操作
cli();
// 直接到期，直接执行回调
if (jiffies <= 0)
(fn)();
else {
// 遍历定时器数组，找到一个空项
for (p = timer_list ; p < timer_list + TIME_REQUESTS ; p++)
if (!p->fn)
break;
// 没有空项了
if (p >= timer_list + TIME_REQUESTS)
panic("No more time requests free");
// 给空项赋值
p->fn = fn;
p->jiffies = jiffies;
// 在数组中形成链表
p->next = next_timer;
// next_timer指向第一个节点，即最早到期的
next_timer = p;
/*
修改链表，保证超时时间是从小到大的顺序
原理：
每个节点都是以前面一个节点的到时时间为坐标，节点里的jiffies即超时时间
是前一个节点到期后的多少个jiffies后该节点到期。
*/
while (p->next && p->next->jiffies < p->jiffies) {
// 前面的节点比后面节点大，则前面节点减去后面节点的值，算出偏移值，下面准备置换位置
p->jiffies -= p->next->jiffies;
// 先保存一下
fn = p->fn;
// 置换两个节点的回调
p->fn = p->next->fn;
p->next->fn = fn;
jiffies = p->jiffies;
// 置换两个节点是超时时间
p->jiffies = p->next->jiffies;
p->next->jiffies = jiffies;
/*
到这，第一个节点是最快到期的，还需要更新后续节点的值，其实就是找到一个合适的位置
插入，因为内核是用数组实现的定时器队列，所以是通过置换位置实现插入，
如果是链表，则直接找到合适的位置，插入即可，所谓合适的位置，
就是找到第一个比当前节点大的节点，插入到他前面。
*/
p = p->next;
}
/*
内核这里实现有个bug，当当前节点是最小时，需要更新原链表中第一个节点的值，，
否则会导致原链表中第一个节点的过期时间延长，修复代码如下：
if (p->next && p->next->jiffies > p->jiffies) {
p->next->jiffies = p->next->jiffies - p->jiffies;
}
即更新原链表中第一个节点相对于新的第一个节点的偏移，剩余的节点不需要更新，因为他相对于
他前面的节点的偏移不变，但是原链表中的第一个节点之前前面没有节点，所以偏移就是他自己的值，
而现在在他前面插入了一个节点，则他的偏移是相对于前面一个节点的偏移
*/
}
sti();
}
上面是示例图。这样就完成了定时节点的插入。我们再回头看一下do_timer的代码，即系统由定时中断时执行的代码。
void do_timer(long cpl)
{
...
// 当前在用户态，增加用户态的执行时间，否则增加该进程的系统执行时间
if (cpl)
current->utime++;
else
current->stime++;
// next_timer为空说明还没有定时节点
if (next_timer) {
// 第一个节点减去一个jiffies，因为其他节点都是相对第一个节点的偏移，所以其他节点的值不需要变
next_timer->jiffies--;
// 当前节点到期，如果有多个节点超时时间一样，即相对第一个节点偏移是0，则会多次进入while循环
while (next_timer && next_timer->jiffies <= 0) {
void (*fn)(void);
fn = next_timer->fn;
next_timer->fn = NULL;
next_timer = next_timer->next;
(fn)();
}
}
...
// 进程调度
schedule();
}
我们发现，add_timer的时候已经算好了定时器的顺序是从先到期到后到期的，并且后面的节点是相对前面节点的偏移，所以判断超时的时候，只需要从前往后判断，如果第一节点没到期则后面的也不会到期，如果第一个到期，则继续判断下一个节点。把耗时的操作放到新增节点的时候，因为新增定操作是很少且不频繁的，但是定时中断是频繁的操作。所以这样就保证了性能。最后我们还发现，操作系统就是在这里通过schedule函数处理进程调度的。即没10毫秒，系统进程一次进程调度。
到此，相信大家对“linux的时间管理和定时器原理”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是创新互联网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！
标题名称：linux的时间管理和定时器原理
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