linuxer
    @wpch:多谢wpch网友的回复,技术问题越多人讨论越清晰。 由于工作和家庭的原因,其实我很难做到快速回复的,见谅!felix同学,我非常喜欢你的问题,很有意思,我是这么想的:如果你要自己设计一个OS,那么你是考虑如何设计时间子系统呢?其实是可以完全抛弃tick的概念,让整个系统的计时都是以ns为单位的,timer也都是基于ns的。内核的各个模块以及userspace的posix timer请求(最终也是内核的hrtimer)都最终被统一挂入一个数据结构中(也许是红黑树),在这样的思路指导下,调度模块自己设定自己的hrtimer,来处理各个进程的时间统计和调度,kernel profiling模块设定自己的hrtimer,来完成profile_tick函数中的各种任务。总之,就是各个模块设定自己的hrtimer,没有什么tick的东西,原来在tick中处理的所有的事情可以推回给各个模块,让他们自己不断的设定周期性timer来解决,这样的系统好不好呢?当然好,简洁而美丽。 虽然软件结构好了,但是,这样实现导致的一个问题就是hw timer的中断太多了,一方面,在系统运行状态,很多模块可能都有每10ms需要处理日常性事务的需求(例如timekeeping模块需要更新系统时间、调度模块需要统计进程时间等),如果各自为政,那么各个模块的这种10ms的hrtimer都会各自触发中断(因为初始相位是不一样的),如果有tick的话,那么一次tick,可以统一为这些模块处理这些housekeeping task。另外一方面,实际上timer的需求还是有两种情况:一种是需要精确的时间(例如多媒体应用),另外一种就是简单的超时处理1S之后检查某种设备的状态,但是1.01秒之后检查也没有什么关系。如果对第二种场景也使用hrtimer来应对,那么也会造成过多timer中断,使用tick来推动第二种timer需求会更好一些。 Timer中太多有什么坏处呢?一方面,timer interrupt handler消耗了额外的cpu处理时间,另外,更重要的是会造成processor cache thrashing的问题。这些都会造成性能和功耗方面的问题。
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-19 15:12
    wpch
    @felix 插两句,CPU是因为无事可做才进入idle状态的,既然有hrtimer到期了自然就要唤醒处理,感觉你有点本末倒置了;系统的调度、时间的更新这些都依赖于周期性tick,你看一下tick中的处理应该就理解了
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-19 15:04
    江南书生
    老板,你好! 请问clock和timer有什么不同么?看了这么多文章一直在思考,都是对脉冲计数的啊?请问能不能用个例子说明一下不同呀?
    Linux时间子系统之(五):POSIX Clock  发表时间:2017-05-19 11:42
    felix
    @linuxer:十分感谢你的回复,昨天到现在一直等待你的回复,终于等到了!! 低精度timer依赖周期性tick,而hrtimer不依赖周期性tick,这个对我帮助很大!! 另外,对这段话:<<假设time wheel中寻找最早到期的低精度timer是10秒,那么模拟tick的那个sched_timer就会被停止运作10秒,当然,在10秒内可能有非常多的hr timer在红黑树中,他们怎么办?没有什么怎么办,该触发的还是触发,hrtimer仍然按照其既定的规律运作,hw timer中断仍然按照hrtimer模块设定的规律触发。停掉tick并不是意味着停到hw timer的interrupt。>> 我还存在疑问,tickless的初衷是为了节能的考虑,所以停止没有必要的周期性tick。如果10s内有很多hrtimer不断的打断cpu睡眠,这个就和系统节能的本意不符合了。tickless就只是考虑周期性tick,对于杂乱的hrtimer的中断不予考虑?另外,想请教您一点,周期性tick存在的必要性是什么?
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-19 11:17
    linuxer
    @felix:多谢你的解释,我也按照你的思路走读了一遍代码,我是这样考虑的:hrtimer本身是不依赖于tick的,因此它的逻辑很简单,hrtimer到期后执行callback,然后就是从红黑树中摘下最近的那个hrtimer,设定下一次触发的时间点,如此周而复始。因此,hw timer的中断触发时间是和红黑树中的hrtimer有关,如果红黑树是空的,那么hw timer就静默了。 当然,实际情况没有那么简单,因为目前内核运行了高精度和低精度timer两套系统,而低精度timer是基于tick的(具体为何如此,这说来话长,网上资料也很多,这里就不赘述了)。在这样的情况下,内核用一个hrtiemr实现了以一个HZ为间隔的周期性tick,而这个tick又推动了低精度timer的运作。 OK,说道tickless,其实就是停掉没有必要的tick,实际上只有低精度timer是依赖于tick的,因此也就不难理解为何在tick_nohz_stop_sched_tick函数中,只从time wheel中寻找最早到期的低精度timer来决定是否stop模拟tick的那个hrtimer。 假设time wheel中寻找最早到期的低精度timer是10秒,那么模拟tick的那个sched_timer就会被停止运作10秒,当然,在10秒内可能有非常多的hr timer在红黑树中,他们怎么办?没有什么怎么办,该触发的还是触发,hrtimer仍然按照其既定的规律运作,hw timer中断仍然按照hrtimer模块设定的规律触发。停掉tick并不是意味着停到hw timer的interrupt。
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-19 10:47
    felix
    @linuxer:(1)切换到高精度模式,过程如下: run_timer_softirq hrtimer_run_pending hrtimer_switch_to_hres 1> base->hres_active = 1 这个标志会在进入tickless时,判断是否要查找红黑树中最近到期的hrtimer; 2> tick_setup_sched_timer() 这里用一个hrtiemr实现了以一个HZ为间隔的周期性tick,假设当前时间为now,一个HZ的时间间隔为tick_period:a)初始,该hrtimer会以now+tick_period为到期时间,并挂到红黑树中;b)系统一旦检测到该hrtimer到期,就会将其从红黑树中删除,调用该hrtimer的回调函数tick_sched_timer(该回调函数主要完成jiffies的更新、时间的更新等,并且将该hrtiemr的下次触发时间设置为now+tick_period),之后再次将该hrtiemr挂到红黑树中;重复b),模拟出一个以HZ为间隔的周期性tick。 (2)进入tickless,过程如下: cpu_idle_loop tick_nohz_idle_enter __tick_nohz_idle_enter tick_nohz_stop_sched_tick 1> get_next_timer_interrupt,低精度模式下,该函数实现了从高精度timer和低精度timer中寻找最近到期的timer;但在高精度模式下,只在低精度timer中寻找最近到期的timer,过程如下: a>__next_timer_interrupt,该函数实现从time wheel中找到最近到期的低精度timer b>cmp_next_hrtimer_event hrtimer_get_next_event,这里会根据hrtimer_hres_active()判断系统是否处于高精度模式,如果系统没有处于高精度模式,则从红黑树中寻找最近到期的timer,之后再与最近到期的低精度timer比较,哪个最早到期;但是目前系统处于高精度模式(标志base->hres_active = 1),就不会从红黑树中寻最近到期的高精度timer。 2> hrtimer_start,这里将1>找到的最近到期timer的到期时间设置到(1)模拟出周期tick的hrtimer上,用于停止周期性tick。 问题:高精度模式下,进入tickless之后,只从time wheel中寻找最早到期的低精度timer,没有去寻找最近到期的高精度timer,这里是为什么?最近到期的高精度timer如果早于最近到期的低精度timer,该怎么处理?
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-18 17:31
    felix
    @linuxer:发邮件给你了,不知道你能收到不?
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-18 17:30
    linuxer
    @felix:你问的应该是dynamic tick的问题吧,动态时钟是dynamic clock。 你是如何得到进入idle,停掉tick的时候只考虑低精度timer,而没有考虑高精度timer这个结论的?
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-18 16:49
    felix
    @linuxer:Got it!!! 另外想请教你另外一个问题,关于动态时钟机制: 针对高精度模式:一旦CPU idle就会启动动态始终机制,这时候cpu会停到周期性tick,选择time wheel中最先到期的timer的到期时间作为下次触发周期性tick的时机。问题是:这里为什么不考虑红黑树中高精度timer的最早到期的timer的到期时间呢?按道理不是应该比较time wheel 和 高精度timer,寻找这两种timer下最早到期的timer吗?为什么忽略掉了高精度tiimer?
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-18 15:29
    linuxer
    @felix:我们这里讨论的都是clock,boottime clock不是从A到B的概念,而是一条time line,原点就是系统启动的那个时间点,然后在任何时间点,针对该clock id,调用clock_gettime都可以获取当前时间到原点的距离(即系统启动那个时间点到当前时间点的时间长度)。
    Linux的时钟  发表时间:2017-05-18 15:16

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