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Linux时间子系统之（三）：用户空间接口函数

作者：linuxer 发布于：2014-12-24 15:48 分类：时间子系统

从应用程序的角度看，内核需要提供的和时间相关的服务有三种：

1、和系统时间相关的服务。例如，在向数据库写入一条记录的时候，需要记录操作时间（何年何月何日何时）。

2、让进程睡眠一段时间

3、和timer相关的服务。在一段指定的时间过去后，kernel要alert用户进程

本文主要描述和时间子系统相关的用户空间接口函数知识。

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标签: Linux时间子系统用户空间接口函数

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Linux时间子系统之（一）：时间的基本概念

作者：linuxer 发布于：2014-12-23 12:22 分类：时间子系统

本文使用Q & A的方式来和大家以前探讨一下时间的基本概念

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标签: 时间基础

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Linux时间子系统系列文章之目录

作者：linuxer 发布于：2014-12-23 9:59 分类：时间子系统

本文对近期要撰写的Linux时间子系统的相关文章进行规划。

另外，需要说明的是这里的时间概念就是牛顿经典力学中的时间，一般而言，当进入微观领域（例如原子或者各种基本粒子级别）或者宏观领域（整个银河系啊、宇宙大爆炸什么的）的时候，时间变成一个相对的概念，不过还是让物理学家去研究吧。

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标签: Linux时间子系统

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Linux时间子系统之（十二）：periodic tick

作者：linuxer 发布于：2014-12-11 18:59 分类：时间子系统

tick device layer是clock event core模块的用户，tick device layer利用clock event core模块提供的接口实现了各种tick device功能：周期性tick、tickless mode、broadcast tick等。本文从最简单的周期性tick开始，描述tick device的基本概念以及周期性tick的工作原理。

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标签: 周期性tick periodic tick

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Linux时间子系统之（十六）：clockevent

作者：linuxer 发布于：2014-12-9 19:56 分类：时间子系统

clockevent模块的代码位于linux/kernel/time/clockevents.c，是用来管理系统中的能够触发中断的timer硬件资源的一个模块，该模块的功能分成四个部分：

1）向上层的其它driver（我们称之clock event user）提供操作clock event的通用API。

2） 实现clock event控制的通用逻辑，这部分和硬件无关，我们也称之clock event core（其实内核有各种core、input core，USB core，I2C core等等，概念是类似）。 有了它，clock event user（例如high resolution timer）再也不用担心底层的硬件细节了，特别是底层的timer硬件是arch相关的时候（不要怀疑，linux kernel有过这样的时代）。

3）将和硬件相关的clock event控制逻辑封装成操作函数集，并向底层clockevent chip driver提供注册接口。这样，clock event控制的通用逻辑就可以直接调用底层操作函数，进行具体的硬件操作。

4）实现sysfs用户空间接口。

本文将分成4个章节，分别描述这四个部分的代码逻辑。

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标签: clockevent

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kobject在字符设备中的使用

作者：linuxer 发布于：2014-12-4 18:14

关于kobject的基本概念的描述请参考Linux设备模型(2)_Kobject中的描述。本文主要以字符设备为例，描述内核中使用kobject的一个场景，以便加深对kobject这个内核神器的理解。

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标签: kobject cdev

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Linux时间子系统之（十七）：ARM generic timer驱动代码分析

作者：linuxer 发布于：2014-12-2 10:47 分类：时间子系统

关注ARM平台上timer driver（clocksource chip driver和clockevent chip driver）的驱动工程师应该会注意到timer硬件的演化过程。在单核时代，各个SOC vendor厂商购买ARM core的IP，然后自己设计SOC上的peripherals，这里面就包括了timer的硬件。由于没有统一的标准，各个厂商的设计各不相同，这给驱 动工程师带来了工作量。然而，如果仅仅是工作量的话就还好，实际上，不仅仅如此。linux的时间子系统要求硬件timer提供下面两种能力：一是 free running的counter，此外需要能够在指定的counter值上产生中断的能力。有些硬件厂商会考虑到软件的需求（例如：PXA270的 timer硬件），但是有些硬件厂商做的就不够，例如：S3C2451的timer硬件。我们在写PXA270的timer硬件驱动的时候是毫无压力的， 而在写S3C2451的timer的驱动的时候，最大的愿望就是把三星的HW timer的设计人员拉出来打一顿。

进入多核时代后，ARM 公司提供了timer的硬件设计，集成在了自己的多核结构中。例如：在Cortex A15 MPcore的硬件体系结构中有一个HW block叫做Generic Timer（该硬件取代了A9中的global timer、private timer的功能），为系统提供了计时以及触发timer event的功能。

本文主要描述了Generic Timer的相关硬件知识以及在linux kernel中如何驱动该硬件。Generic Timer的代码位于linux-3.14/drivers/clocksource/目录下，该目录保存了所有clock source相关的driver，arm_arch_timer.c就是驱动Cortex A15 MPcore的Generic Timer的。

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标签: armv7-timer arm_arch_timer

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Linux时间子系统之（十五）：clocksource

作者：linuxer 发布于：2014-12-1 19:03 分类：时间子系统

和洋葱一样，软件也是有层次的，内核往往需要对形形色色的某类型的驱动进行抽象，屏蔽掉其具体的特质，获取该类驱动共同的逻辑，而又根据这些逻辑撰写该类 驱动的抽象层。嵌入式系统总是会提供timer的硬件block，软件需要对timer硬件提供的功能进行抽象：linux kernel将timer类型的硬件抽象成两个组件，一是free running的counter，另外一个是指定的counter值上产生中断的能力。本文主要描述第一个组件，在内核中被称作clock source。

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标签: 时间子系统 clocksource

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Linux内核同步机制之（三）：memory barrier

作者：linuxer 发布于：2014-11-14 19:20 分类：内核同步机制

我记得以前上学的时候大家经常说的一个词汇叫做所见即所得，有些编程工具是所见即所得的，给程序员带来极大的方便。对于一个c程序员，我们的编写的 代码能所见即所得吗？我们看到的c程序的逻辑是否就是最后CPU运行的结果呢？很遗憾，不是，我们的“所见”和最后的执行结果隔着：

1、编译器

2、CPU取指执行

编 译器将符合人类思考的逻辑（c代码）翻译成了符合CPU运算规则的汇编指令，编译器了解底层CPU的思维模式，因此，它可以在将c翻译成汇编的时候进行优 化（例如内存访问指令的重新排序），让产出的汇编指令在CPU上运行的时候更快。然而，这种优化产出的结果未必符合程序员原始的逻辑，因此，作为程序员， 作为c程序员，必须有能力了解编译器的行为，并在通过内嵌在c代码中的memory barrier来指导编译器的优化行为（这种memory barrier又叫做优化屏障，Optimization barrier），让编译器产出即高效，又逻辑正确的代码。

CPU的核心思想就 是取指执行，对于in-order的单核CPU，并且没有cache（这种CPU在现实世界中还存在吗？），汇编指令的取指和执行是严格按照顺序进行的， 也就是说，汇编指令就是所见即所得的，汇编指令的逻辑被严格的被CPU执行。然而，随着计算机系统越来越复杂（多核、cache、 superscalar、out-of-order），使用汇编指令这样贴近处理器的语言也无法保证其被CPU执行的结果的一致性，从而需要程序员（看， 人还是最不可以替代的）告知CPU如何保证逻辑正确。

综上所述，memory barrier是一种保证内存访问顺序的一种方法，让系统中的HW block（各个cpu、DMA controler、device等）对内存有一致性的视角。

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标签: Memory 内存屏障 barrier

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linux kernel的中断子系统之（八）：softirq

作者：linuxer 发布于：2014-10-24 11:53 分类：中断子系统

对于中断处理而言，linux将其分成了两个部分，一个叫做中断handler（top half），是全程关闭中断的，另外一部分是deferable task（bottom half），属于不那么紧急需要处理的事情。在执行bottom half的时候，是开中断的。有多种bottom half的机制，例如：softirq、tasklet、workqueue或是直接创建一个kernel thread来执行bottom half（这在旧的kernel驱动中常见，现在，一个理智的driver厂商是不会这么做的）。本文主要讨论softirq机制。由于tasklet是 基于softirq的，因此本文也会提及tasklet，但主要是从需求层面考虑，不会涉及其具体的代码实现。

在普通的驱动中一般是不会用 到softirq，但是由于驱动经常使用的tasklet是基于softirq的，因此，了解softirq机制有助于撰写更优雅的driver。 softirq不能动态分配，都是静态定义的。内核已经定义了若干种softirq number，例如网络数据的收发、block设备的数据访问（数据量大，通信带宽高），timer的deferable task（时间方面要求高）。本文的第二章讨论了softirq和tasklet这两种机制有何不同，分别适用于什么样的场景。第三章描述了一些 context的概念，这是要理解后续内容的基础。第四章是进入softirq的实现，对比hard irq来解析soft irq的注册、触发，调度的过程。

注：本文中的linux kernel的版本是3.14

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标签: 软中断 softirq

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