Linux内核中断及定时器实现

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内核中断及定时器实现分析
定时器是Linux提供的一种定时服务的机制。它在某个特定的时间唤醒某个进程，来做一些工作。Linux初始化时，init_IRQ（）函数设定8253的定时周期为10ms（一个tick值）。同样，在初始化时，time_init（）用setup_irq（）设置时间中断向量irq0，中断服务程序为timer_interrupt。
在2.4版内核及较早的版本当中，定时器的中断处理采用底半机制，底半处理函数的注册在start_kernel（）函数中调用sechd_init（），在这个函数中又调用init_bh(TIMER_BH, timer_bh)注册了定时器的底半处理函数。然后系统才调用time_init（）来注册定时器的中断向量和中断处理函数。
在中断处理函数timer_interrupt（）中，主要是调用do_timer（）函数完成工作。do_timer（）函数的主要功能就是调用mark_bh（）产生软中断，随后处理器会在合适的时候调用定时器底半处理函数timer_bh（）。在timer_bh（）中，实现了更新定时器的功能。2.4.23版的do_timer（）函数代码如下（经过简略）：
void do_timer(struct pt_regs *regs)
{
       (*(unsigned long *)&jiffies)++;
       update_process_times(user_mode(regs));
       mark_bh(TIMER_BH);
}

而在内核2.6版本以后，定时器中断处理采用了软中断机制而不是底半机制。时钟中断处理函数仍然为timer_interrup（）-> do_timer_interrupt（）－> do_timer_interrupt_hook（）－> do_timer（）。不过do_timer（）函数的实现有所不同：
void do_timer(struct pt_regs *regs)
{
       jiffies_64++;
       update_process_times(user_mode(regs));
       update_times();
}
两者所调用的函数基本相同，但是2.4.23版内核与2.6.6内核中，对于update_process_times（）函数的实现不同：
void update_process_times(int user_tick)
{
       struct task_struct *p = current;
       int cpu = smp_processor_id(), system = user_tick ^ 1;

       update_one_process(p, user_tick, system, cpu);
       run_local_timers();
       scheduler_tick(user_tick, system);
}
update_process_times（）调用run_local_timers（）引起TIMER_SOFTIRQ定时器软中断，处理器在随后的合适的时机运行软中断处理函数run_timer_softirq，这个函数是在init_timers（）函数中注册的：
void __init init_timers(void)
{
       timer_cpu_notify(&timers_nb, (unsigned long)CPU_UP_PREPARE,
                            (void *)(long)smp_processor_id());
       register_cpu_notifier(&timers_nb);
       open_softirq(TIMER_SOFTIRQ, run_timer_softirq, NULL);
}
事实上软中断处理函数run_timer_softirq（）并没有做什么工作，主要的任务还是通过调用__run_timers（）函数完成的，这个函数相当于2.4.23内核当中的run_timer_list（）函数的功能。
static inline void __run_timers(tvec_base_t *base)
{
       struct timer_list *timer;

       spin_lock_irq(&base->lock);
       /*这里进入定时器处理循环，利用系统全局jiffies与定时器基准jiffies进行对比，如果前者大，则表明有某些定时器需要进行处理了，否则表示所有的定时器都没有超时*/
       while (time_after_eq(jiffies, base->timer_jiffies)) {
              struct list_head work_list = LIST_HEAD_INIT(work_list);
              struct list_head *head = &work_list;
             int index = base->timer_jiffies & TVR_MASK;

              /*
              在时间列表数据结构当中查找是否存在需要进行超时处理的定时器，时间列表的数据结构定义如下：
              typedef struct tvec_s {
                     struct list_head vec[TVN_SIZE];
} tvec_t;

typedef struct tvec_root_s {
                     struct list_head vec[TVR_SIZE];
} tvec_root_t;
              
struct tvec_t_base_s {
                     spinlock_t lock;
                     unsigned long timer_jiffies;
                     struct timer_list *running_timer;
                     tvec_root_t tv1;
                     tvec_t tv2;
                     tvec_t tv3;
                     tvec_t tv4;
                     tvec_t tv5;
} ____cacheline_aligned_in_smp;

*/
              if (!index &&
                     (!cascade(base, &base->tv2, INDEX(0))) &&
                            (!cascade(base, &base->tv3, INDEX(1))) &&
                                   !cascade(base, &base->tv4, INDEX(2)))
                     cascade(base, &base->tv5, INDEX(3));
              ++base->timer_jiffies;
              list_splice_init(base->tv1.vec + index, &work_list);
repeat:
/*如果当前找到的时间数组对应的列表不为空，则表明该列表上串连的所有定时器都已经超时，循环调用每个定时器的处理函数，并将其从列表中删除，直到列表为空为止。*/
              if (!list_empty(head)) {
                     void (*fn)(unsigned long);
                     unsigned long data;

                     timer = list_entry(head->next,struct timer_list,entry);
                    fn = timer->function;
                    data = timer->data;

                     list_del(&timer->entry);
                     set_running_timer(base, timer);
                     smp_wmb();
                     timer->base = NULL;
                     spin_unlock_irq(&base->lock);
                     fn(data);
                     spin_lock_irq(&base->lock);
                     goto repeat;
              }
       }
       set_running_timer(base, NULL);
       spin_unlock_irq(&base->lock);
}
               
               
               

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