kernel开发4：CPU计时子系统

梦里梦外; 2022-09-10 08:14 37阅读 0赞

# CPU计时子系统 #

*  计时子系统
    
     *  发展历史
     *  系统架构
     *  参考文献

我这里主要参考了\[1-4\]中的内容，这一节对优化CPU统计时间的主要作用是弄明白编译选项，以及修改编译选项后对总体的影响

## 发展历史 ##

1.  一开始的时间子系统是低精度的，是毫秒级别。我们也称这个版本为经典定时器、低分辨率定时器、timer wheel，实现代码在kernel/timer.c中。
    
     *  同时还有一个问题，如果我们的设备是一个对能耗非常敏感的设备，周期性的时钟信号能耗太大。所以我们在新的系统中急需解决这些问题
2.  但是随着时间的发展，毫秒级别的定时器不够用了，特别是针对媒体资源。所以开始研发高分辨率定时器。只有在开启了编译选项HIG\_RES\_TIMERS后，才能提供高精度定时。
3.  最一开始，试图让低精度和高精度并行，但是经过多次尝试，这个系统并没有成功。所以诞生了一个以高分辨率定时器为主的框架，低分辨率定时器依赖这个框架\[1\]。

## 系统架构 ##

1.  定时器种类
    
     *  超时定时器
        
         *  如果定时器超时，则说明预定任务没有完成，这类定时器往往对时间精准度要求不高，甚至往往由于在超时前任务完成，定时器已经被取消。
     *  精准定时器
        
         *  需要很精准的给出时间
2.  定时器的硬件部分
    
     *  PIT（programmable interrupt timer，可编程中断计时器，由8253芯片实现），这是一个经典的时钟源，分辨率和稳定性一般。
     *  APIC（advanced programmable interrupt controller，高级可编程中断控制器），它的分辨率和稳定性要好得多。
     *  APIC适合充当高分辨率时间源，而PIT只适用于低分辨率定时器。
3.  定时器框架
    
     *  时钟系统的结构
    
    \[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-n0GdpyuA-1630926327924)(https://raw.githubusercontent.com/Richardhongyu/pic/main/20210815005618.png)\]
    
     *  时钟系统的配置
        
        \[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-iWEYmwUl-1630926327928)(https://raw.githubusercontent.com/Richardhongyu/pic/main/20210815010211.png)\]
        
         *  有两个重要的配置选项
            
             *  精度
                
                 *  确定时钟系统是高精度还是低精度
             *  动态
                
                 *  确定时钟系统是否开启no\_hz
4.  低分辨率框架
    
     *  这里和主题关系不是太大，暂时没有写讲解
     *  周期性
     *  动态
5.  高分辨率框架
    
     *  周期性时钟
        
         *  开启选项
            
             *  旧系统 ONFIG\_HZ\_PERIODIC=y
             *  新系统 CONFIG\_NO\_HZ=n
         *  高分辨率下的周期时钟是仿真得到的
            
            \[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MLuYPnqT-1630926327935)(https://raw.githubusercontent.com/Richardhongyu/pic/main/20210815114721.png)\]
            
             *  在高分辨率下，我们不再用tick\_handle\_periodic提供周期信号，而是用hrtimer\_interrupt
     *  动态时钟
        
         *  这个是我们这次的主要讲解对象，需要参考一下linux的官方文档对这几个选项的说明\[2\]
         *  开启选项
            
             *  部分tickless/nohz
                
                 *  对旧系统来说，CONFIG\_NO\_HZ\_IDLE=y
                 *  对新系统来说，CONFIG\_NO\_HZ=y
             *  完全tickless/nohz
                
                 *  CONFIG\_NO\_HZ\_FULL=y
         *  作用
            
             *  部分tickless可以让CPU在没有程序可以调度时，不再开启周期性tick
             *  完全ticklssk可以让CPU只有一个程序可以调度时，也不再开启周期性tick
         *  注意事项
            
             *  nohz\_full是一个启动参数，用来确定哪些CPU是完全的tickless，“nohz\_full=1,6-8” 表示CPUs 1, 6, 7, 和8被配置为完全的tickless。但是不能所有的CPU都被配置为完全tickless CPU，至少留下一个，来处理其它的事务

## 参考文献 ##

\[1\] https://www.kernel.org/doc/html/latest/timers/hrtimers.html

\[2\] https://www.kernel.org/doc/Documentation/timers/NO\_HZ.txt

\[3\] http://events17.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/Timekeeping%20in%20the%20Linux%20Kernel\_0.pdf

\[4\] https://www.youtube.com/watch?v=Puv4mW55bF8