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clock source用于為linux內(nèi)核提供一個時間基線，如果你用linux的date命令獲取當(dāng)前時間，內(nèi)核會讀取當(dāng)前的clock source，轉(zhuǎn)換并返回合適的時間單位給用戶空間。在硬件層，它通常實現(xiàn)為一個由固定時鐘頻率驅(qū)動的計數(shù)器，計數(shù)器只能單調(diào)地增加，直到溢出為止。時鐘源是內(nèi)核計時的基礎(chǔ)，系統(tǒng)啟動時，內(nèi)核通過硬件RTC獲得當(dāng)前時間，在這以后，在大多數(shù)情況下，內(nèi)核通過選定的時鐘源更新實時時間信息（墻上時間），而不再讀取RTC的時間。本節(jié)的內(nèi)核代碼樹基于V3.4.10。
1. ?struct clocksource結(jié)構(gòu)
內(nèi)核用一個clocksource結(jié)構(gòu)對真實的時鐘源進行軟件抽象，現(xiàn)在我們從clock source的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開始，它的定義如下：
[cpp]?view plain?copy
struct?clocksource?{??
/*?
*?Hotpath?data,?fits?in?a?single?cache?line?when?the?
*?clocksource?itself?is?cacheline?aligned.?
*/??
cycle_t?(*read)(struct?clocksource?*cs);??
cycle_t?cycle_last;??
cycle_t?mask;??
u32?mult;??
u32?shift;??
u64?max_idle_ns;??
u32?maxadj;??
#ifdef?CONFIG_ARCH_CLOCKSOURCE_DATA??
struct?arch_clocksource_data?archdata;??
#endif??
const?char?*name;??
struct?list_head?list;??
int?rating;??
int?(*enable)(struct?clocksource?*cs);??
void?(*disable)(struct?clocksource?*cs);??
unsigned?long?flags;??
void?(*suspend)(struct?clocksource?*cs);??
void?(*resume)(struct?clocksource?*cs);??
/*?private:?*/??
#ifdef?CONFIG_CLOCKSOURCE_WATCHDOG??
/*?Watchdog?related?data,?used?by?the?framework?*/??
struct?list_head?wd_list;??
cycle_t?cs_last;??
cycle_t?wd_last;??
#endif??
}?____cacheline_aligned;??
我們只關(guān)注clocksource中的幾個重要的字段。
1.1 ?rating：時鐘源的精度
同一個設(shè)備下，可以有多個時鐘源，每個時鐘源的精度由驅(qū)動它的時鐘頻率決定，比如一個由10MHz時鐘驅(qū)動的時鐘源，他的精度就是100nS。clocksource結(jié)構(gòu)中有一個rating字段，代表著該時鐘源的精度范圍，它的取值范圍如下：
1--99： 不適合于用作實際的時鐘源，只用于啟動過程或用于測試；
100--199：基本可用，可用作真實的時鐘源，但不推薦；
200--299：精度較好，可用作真實的時鐘源；
300--399：很好，精確的時鐘源；
400--499：理想的時鐘源，如有可能就必須選擇它作為時鐘源；
1.2 ?read回調(diào)函數(shù)
時鐘源本身不會產(chǎn)生中斷，要獲得時鐘源的當(dāng)前計數(shù)，只能通過主動調(diào)用它的read回調(diào)函數(shù)來獲得當(dāng)前的計數(shù)值，注意這里只能獲得計數(shù)值，也就是所謂的cycle，要獲得相應(yīng)的時間，必須要借助clocksource的mult和shift字段進行轉(zhuǎn)換計算。
1.3 ?mult和shift字段
因為從clocksource中讀到的值是一個cycle計數(shù)值，要轉(zhuǎn)換為時間，我們必須要知道驅(qū)動clocksource的時鐘頻率F，一個簡單的計算就可以完成：
t = cycle/F;
可是clocksource并沒有保存時鐘的頻率F，因為使用上面的公式進行計算，需要使用浮點運算，這在內(nèi)核中是不允許的，因此，內(nèi)核使用了另外一個變通的辦法，根據(jù)時鐘的頻率和期望的精度，事先計算出兩個輔助常數(shù)mult和shift，然后使用以下公式進行cycle和t的轉(zhuǎn)換：
t = (cycle * mult) >> shift;
只要我們保證：
F = (1 << shift) / mult;
內(nèi)核內(nèi)部使用64位進行該轉(zhuǎn)換計算：
[cpp]?view plain?copy
static?inline?s64?clocksource_cyc2ns(cycle_t?cycles,?u32?mult,?u32?shift)??
{??
return?((u64)?cycles?*?mult)?>>?shift;??
}??
從轉(zhuǎn)換精度考慮，mult的值是越大越好，但是為了計算過程不發(fā)生溢出，mult的值又不能取得過大。為此內(nèi)核假設(shè)cycle計數(shù)值被轉(zhuǎn)換后的最大時間值：10分鐘（600秒），主要的考慮是CPU進入IDLE狀態(tài)后，時間信息不會被更新，只要在10分鐘內(nèi)退出IDLE，clocksource的cycle計數(shù)值就可以被正確地轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的時間，然后系統(tǒng)的時間信息可以被正確地更新。當(dāng)然最后的結(jié)果不一定是10分鐘，它由clocksource_max_deferment進行計算，并保存max_idle_ns字段中，tickless的代碼要考慮這個值，以防止在NO_HZ配置環(huán)境下，系統(tǒng)保持IDLE狀態(tài)的時間過長。在這樣，由10分鐘這個假設(shè)的時間值，我們可以推算出合適的mult和shift值。
2. ?clocksource的注冊和初始化
通常，clocksource要在初始化階段通過clocksource_register_hz函數(shù)通知內(nèi)核它的工作時鐘的頻率，調(diào)用的過程如下：
由上圖可見，最終大部分工作會轉(zhuǎn)由__clocksource_register_scale完成，該函數(shù)首先完成對mult和shift值的計算，然后根據(jù)mult和shift值，最終通過clocksource_max_deferment獲得該clocksource可接受的最大IDLE時間，并記錄在clocksource的max_idle_ns字段中。clocksource_enqueue函數(shù)負責(zé)按clocksource的rating的大小，把該clocksource按順序掛在全局鏈表clocksource_list上，rating值越大，在鏈表上的位置越靠前。
每次新的clocksource注冊進來，都會觸發(fā)clocksource_select函數(shù)被調(diào)用，它按照rating值選擇最好的clocksource，并記錄在全局變量curr_clocksource中，然后通過timekeeping_notify函數(shù)通知timekeeping，當(dāng)前clocksource已經(jīng)變更，關(guān)于timekeeping，我將會在后續(xù)的博文中闡述。
3. ?clocksource watchdog
系統(tǒng)中可能同時會注冊對個clocksource，各個clocksource的精度和穩(wěn)定性各不相同，為了篩選這些注冊的clocksource，內(nèi)核啟用了一個定時器用于監(jiān)控這些clocksource的性能，定時器的周期設(shè)為0.5秒：
[cpp]?view plain?copy
#define?WATCHDOG_INTERVAL?(HZ?>>?1)??
#define?WATCHDOG_THRESHOLD?(NSEC_PER_SEC?>>?4)??
當(dāng)有新的clocksource被注冊時，除了會掛在全局鏈表clocksource_list外，還會同時掛在一個watchdog鏈表上：watchdog_list。定時器周期性地（0.5秒）檢查watchdog_list上的clocksource，WATCHDOG_THRESHOLD的值定義為0.0625秒，如果在0.5秒內(nèi)，clocksource的偏差大于這個值就表示這個clocksource是不穩(wěn)定的，定時器的回調(diào)函數(shù)通過clocksource_watchdog_kthread線程標記該clocksource，并把它的rate修改為0，表示精度極差。
4. ?建立clocksource的簡要過程
在系統(tǒng)的啟動階段，內(nèi)核注冊了一個基于jiffies的clocksource，代碼位于kernel/time/jiffies.c：
[cpp]?view plain?copy
struct?clocksource?clocksource_jiffies?=?{??
.name???????=?"jiffies",??
.rating?????=?1,?/*?lowest?valid?rating*/??
.read???????=?jiffies_read,??
.mask???????=?0xffffffff,?/*32bits*/??
.mult???????=?NSEC_PER_JIFFY?<
.shift??????=?JIFFIES_SHIFT,??
};??
......??
static?int?__init?init_jiffies_clocksource(void)??
{??
return?clocksource_register(&clocksource_jiffies);??
}??
core_initcall(init_jiffies_clocksource);??
它的精度只有1/HZ秒，rating值為1，如果平臺的代碼沒有提供定制的clocksource_default_clock函數(shù)，它將返回該clocksource：
[cpp]?view plain?copy
struct?clocksource?*?__init?__weak?clocksource_default_clock(void)??
{??
return?&clocksource_jiffies;??
}??
然后，在初始化的后段，clocksource的代碼會把全局變量curr_clocksource設(shè)置為上述的clocksource：
[cpp]?view plain?copy
static?int?__init?clocksource_done_booting(void)??
{??
......??
curr_clocksource?=?clocksource_default_clock();??
......??
finished_booting?=?1;??
......??
clocksource_select();??
......??
return?0;??
}??
fs_initcall(clocksource_done_booting);??
當(dāng)然，如果平臺級的代碼在初始化時也會注冊真正的硬件clocksource，所以經(jīng)過clocksource_select()函數(shù)后，curr_clocksource將會被設(shè)為最合適的clocksource。如果clocksource_select函數(shù)認為需要切換更好的時鐘源，它會通過timekeeping_notify通知timekeeping系統(tǒng)，使用新的clocksource進行時間計數(shù)和更新操作。
?
工商網(wǎng)監(jiān)
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