Разработка ядра Linux - Роберт Лав

} while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));

Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет гарантии того, что во время считывания данных не было записи. Если во время выполнения цикла приходит прерывание таймера и переменная xtime обновляется во время выполнения цикла, возвращаемый номер последовательности будет неправильным и цикл повторится снова.

Главный пользовательский интерфейс для получения значения абсолютного времени — это системный вызов gettimeofday(), который реализован как функция sys_gettimeofday() следующим образом.

asmlinkage long sys_gettimeofday(struct timeval *tv,

 struct timezone *tz) {

 if (likely(tv !=NULL)) {

  struct timeval_ktv;

  do_gettimeofday(&ktv);

  if (copy_to_userftv, &ktv, sizeof(ktv))

   return -EFAULT;

 }

 if (unlikely(tz != NULL)) {

  if (copy_to_user(tz, &sys_tz, sizeof(sys_tz)))

   return -EFAULT;

 }

 return 0;

}

Если из пространства пользователя передано ненулевое значение параметра tv, то вызывается аппаратно-зависимая функция do_gettimeofday(). Эта функция главным образом выполняет цикл считывания переменной xtime, который был только что рассмотрен. Аналогично, если параметр tz не равен нулю, пользователю возвращается значение часового пояса (time zone), в котором находится операционная система. Этот параметр хранится в переменной sys_tz. Если при копировании в пространство пользователя значения абсолютного времени или часового пояса возникли ошибки, то функция возвращает значение -EFAULT. В случае успеха возвращается нулевое значение.

Ядро предоставляет системный вызов time()[58], однако системный вызов gettimeofday() полностью перекрывает его возможности. Библиотека функций языка С также предоставляет другие функции, связанные с абсолютным временем, такие как ftime() и ctime().

Системный вызов settimeofday() позволяет установить абсолютное время в указанное значение. Для того чтобы его выполнить, процесс должен иметь возможность использования CAP_SYS_TIME.

Если не считать обновления переменной xtime, то ядро не так часто использует абсолютное время, как пространство пользователя. Одно важное исключение— это код файловых систем, который хранят в индексах файлов значения моментов времени доступа к файлам.

Таймеры

Таймеры (timers), или, как их еще иногда называют, динамические таймеры, или таймеры ядра, необходимы для управления ходом времени в ядре. Коду ядра часто необходимо откладывать выполнение некоторых функций на более позднее время. Здесь намеренно выбрано не очень четкое понятие "позже". Назначение механизма нижних половин — это не задерживать выполнение, а не выполнять работу прямо сейчас. В связи с этим необходим инструмент, который позволяет задержать выполнение работы на некоторый интервал времени. Если этот интервал времени не очень маленький, но и не очень большой, то решение проблемы — таймеры ядра.

Таймеры очень легко использовать. Необходимо выполнить некоторые начальные действия, указать момент времени окончания ожидания, указать функцию, которая будет выполнена, когда закончится интервал времени ожидания, и активизировать таймер. Указанная функция будет выполнена, когда закончится интервал времени таймера. Таймеры не являются циклическими. Когда заканчивается интервал времени ожидания, таймер ликвидируется. Это одна из причин, почему таймеры называют динамическими[59]. Таймеры постоянно создаются и ликвидируются, на количество таймеров не существует ограничений. Использование таймеров очень популярно во всех частях ядра.

Использование таймеров

Таймеры представлены с помощью структур timer_list, которая определена в файле <linux/timer.h> следующим образом.

struct timer_list {

 struct list_head entry; /* таймеры хранятся в связанном списке */

 unsigned long expires; /* время окончание срока ожидания в

                           импульсах системного таймера (jiffies) */

 spinlock_t lock; /* блокировка для защиты данного таймера */

 void (*function)(unsigned long); /*функция-обработчик таймера */

 unsigned long data; /* единственный аргумент обработчика */

 struct tvec_t_base_s *base; /* внутренние данные таймера, не трогать! */

};

К счастью, использование таймеров не требует глубокого понимания назначения полей этой структуры. На самом деле, крайне не рекомендуется использовать поля этой структуры не по назначению, чтобы сохранить совместимость с возможными будущими изменениями кода. Ядро предоставляет семейство интерфейсов для работы с таймерами, чтобы упростить эту работу. Все необходимые определения находятся в файле <linux/timer.h>. Большинство реализаций находится в файле kernel/timers.

Первый шаг в создании таймера — это его объявление в следующем виде.

struct timer_list my_timer;

Далее должны быть инициализированы поля структуры, которые предназначены для внутреннего использования. Это делается с помощью вспомогательной функции перед вызовом любых функций, которые работают с таймером.

init_timer(&my_timer);

Далее необходимо заполнить все остальные поля структуры, например, следующим образом.

my_timer.expires = jiffies + delay; /* интервал времени таймера

                                       закончится через delay импульсов */

my_timer.data = 0; /* в функцию-обработчик будет передан параметр,

                       равный нулю */

my_timer.function = my_function; /* функция, которая будет выполнена,

                            когда интервал времени таймера истечет */

Значение поля my_timer.expires указывает время ожидания в импульсах системного таймера (необходимо указывать абсолютное количество импульсов). Когда текущее значение переменной jiffies становится большим или равным значению поля my_timer.expires, вызывается функция-обработчик my_timer.function с параметром my_timer.data. Как видно из описания структуры timer_list, функция-обработчик должна соответствовать следующему прототипу.

void my_timer_function(unsigned long data);

Параметр data позволяет регистрировать несколько таймеров с одним обработчиком и отличать таймеры с различными значениями этого параметра. Если в аргументе нет необходимости, то можно просто указать нулевое (или любое другое) значение.

Последняя операция — это активизация таймера.

add_timer(&my_timer);

И таймер запускается! Следует обратить внимание на важность значения поля expired. Ядро выполняет обработчик, когда текущее значение счетчика импульсов системного таймера больше, чем указанное значение времени срабатывания таймера, или равно ему. Хотя ядро и гарантирует, что никакой обработчик таймера не будет выполняться до истечения срока ожидания таймера, тем не менее возможны задержки с выполнением обработчика таймера. Обычно обработчики таймеров выполняются в момент времени, близкий к моменту времени срабатывания, однако они могут быть отложены и до следующего импульса системного таймера. Следовательно, таймеры нельзя использовать для работы в жестком режиме реального времени.

Иногда может потребоваться изменить момент времени срабатывания таймера, который уже активизирован. В ядре реализована функция mod_timer(), которая позволяет изменить момент времени срабатывания активного таймера.

mod_timer(&my_timer, jiffies + new_delay); /* установка нового времени

                                              срабатывания */

Функция mod_timer() позволяет также работать с таймером, который проинициализирован, но не активен. Если таймер не активен, то функция mod_timer() активизирует его. Эта функция возвращает значение 0, если таймер был неактивным, и значение 1, если таймер был активным. В любом случае перед возвратом из функции mod_timer() таймер будут активизирован, и его время срабатывания будет установлено в указанное значение.

Для того чтобы деактивизировать таймер до момента его срабатывания, необходимо использовать функцию del_timer() следующим образом.

del_timer(&my_timer);

Эта функция работает как с активными, так и неактивными таймерами. Если таймер уже неактивен, то функция возвращает значение 0, в другом случае возвращается значение 1. Следует обратить внимание, что нет необходимости вызывать эту функцию для таймеров, интервал ожидания которых истек, так как они автоматически деактивизируются.

При удалении таймеров потенциально может возникнуть состояние конкуренции. Когда функция del_timer() возвращает управление, она гарантирует только то, что таймер будет неактивным (т.е. его обработчик не будет выполнен в будущем). Однако на многопроцессорной машине обработчик таймера может выполняться в этот момент на другом процессоре. Для того чтобы деактивизировать таймер и подождать, пока завершится его обработчик, который потенциально может выполняться, необходимо использовать функцию del_timer_sync():