Разработка ядра Linux

Лав Роберт

struct timespec xtime;

Структура данных

timespec

определена в файле

<linux/time.h>

в следующем виде.

struct timespec {

 time_t tv_sec; /* seconds */

 long tv_nsec; /* nanoseconds */

};

Поле

xtime.tv_sec

содержит количество секунд, которые прошли с 1 января 1970 года (UTC, Universal Coordinated Time, всеобщее скоординированное время). Указанная дата называется epoch (начало эпохи). В большинстве Unix-подобных операционных систем счет времени ведется с начала эпохи. В поле

xtime.tv_nsec

хранится количество наносекунд, которые прошли в последней секунде.

Чтение или запись переменной

xtime

требует захвата блокировки

xtime_lock

. Это блокировка — не обычная спин-блокировка, а секвентная блокировка, которая рассматривается в главе 9, "Средства синхронизации в ядре".

Для обновления значения переменной

xtime

необходимо захватить секвентную блокировку на запись следующим образом.

write_seqlock(&xtime_lock);

/* обновить значение переменной xtime ... */

write_sequnlock(&xtime_lock);

Считывание значения переменной

xtime

требует применения функций

read_seqbegin

и

read_seqretry

следующим образом.

do {

 unsigned long lost;

 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);

 usec = timer->get_offset;

 lost = jiffies — wall_jiffies;

 if (lost)

usec += lost * (1000000 / HZ);

 sec = xtime.tv_sec;

 usec += (xtime.tv_nsec / 1000);

} 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

.

58

ля некоторых аппаратных платформ функция

sys_time

не реализована, а вместо этого она эмулируется библиотекой функций языка С на основании вызова

gettimeofday

.

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.

59

Другая причина состоит в том, что в ядрах старых версий (до 2.3) существовали статические таймеры. Такие таймеры создавались во время компиляции, а не во время выполнения. Они имели ограниченные возможности и из-за их отсутствия сейчас никто не огорчается.

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 */