OK6410A 开发板 (八) 65 linux-5.11 OK6410A linux tick与schedule

tick的概念与实现

摘抄并整理 http://www.wowotech.net/timer_subsystem/time_subsystem_index.html

tick的概念

时间子系统1.0

1. 生产者

在每个architecture相关的代码中要有实现clock event和clock source模块。

clock event

就是通过timer硬件的中断处理函数完成的，在此基础上可以构建tick模块，tick模块维护了系统的tick

例如系统存在10ms的tick，每次tick到来的时候，timekeeping模块就增加系统时间

如果timekeeping完全是tick驱动，那么它精度只能是10ms

clock source

为了更高精度，clock source模块就是一个提供tick之间的offset时间信息的接口函数。

但是实际上并没有提供高精度

2.内核消费者

最初的linux kernel中只支持低精度的timer，也就是基于tick的timer。

如果内核采用10ms的tick，那么低精度的timer的最高的精度也只有10ms，想要取得us甚至ns级别的精度是不可能的。

各个内核的驱动模块都可以使用低精度timer实现自己的定时功能。

各个进程的时间统计也是基于tick的，内核的调度器根据这些信息进行调度。

System Load和Kernel Profiling模块也是基于tick的，用于计算系统负荷和进行内核性能剖析。

3.用户消费者

从用户空间空间来看，有两种需求

一种是获取或者设定当前的系统时间的接口函数：例如time，stime，gettimeofday等。

另外一种是timer相关的接口函数：例如setitimer、alarm等，当timer到期后会向该进程发送signal。

问题:

1. 嵌入式设备需要较好的电源管理策略 , 但是当前系统 周期性时钟会导致从低功耗（idle）状态进入高功耗,不符合电源管理的需求

2. 多媒体的应用程序需要非常精确的timer(ns),但是当前系统 不能提供足够精度的timer(ms)

时间子系统2.0

改变:

A. 新增内核配置 CONFIG_NO_HZ_IDLE  // 在系统idle的时候，停掉周期性tick

B. 新增 高精度 timer ,同时 保留 低精度 timer

C. 其实 A B 的更改都是在 生产者 这块改动的,内核消费者与用户消费者都没变化

1.时间子系统2.0的选择

CONFIG_GENERIC_CLOCKEVENTS

2.时间子系统2.0下,针对A的配置,三种情况

a. 非idle,   周期性tick idle,    周期性tick : CONFIG_HZ_PERIODIC

b. 非idle,   周期性tick idle,停掉周期性tick : CONFIG_NO_HZ_IDLE

c. 非idle,停掉周期性tick idle,停掉周期性tick : CONFIG_NO_HZ_FULL

3.时间子系统2.0下,针对B的配置,两种情况

a. 无高精度timer : CONFIG_HIGH_RES_TIMERS=n

b. 有高精度timer : CONFIG_HIGH_RES_TIMERS CONFIG_TICK_ONESHOT

// 在 时间子系统上封装出了

// 1. tick device : 负责调度(周期性调度和非周期性调用)

// 2. timer : 负责定时器(高精度定时器和低精度定时器)

tick device 的类型

每一个cpu 有一个 tick device (clock event device) // SMP下 ,多个cpu对应的 tick device 中有一个被选择做global tick device，该device负责维护整个系统的jiffies以及更新哪些基于jiffies进行的全系统统计信息。

tick device 根据 类型 分为两种

periodic tick device

可以按照固定的时间间隔产生tick event

event handler是 tick_handle_periodic （没有配置高精度timer）或 hrtimer_interrupt（配置了高精度timer）

one-shot tick device

设定后只能产生一次tick event，如果要连续产生tick event，那么需要每次都进行设定

event handler是 tick_nohz_handler（没有配置高精度timer）或 hrtimer_interrupt（配置了高精度timer）

tick device 的实例

linux-5.11 ok6410a 采用 了 

时间子系统2.0

无高精度timer

非idle,   周期性tick idle,    周期性tick : CONFIG_HZ_PERIODIC

每当底层有新的 clockevent device 加入到系统中的时候

1.会调用 clockevents_register_device 或者clockevents_config_and_register 向通用clockevent layer注册一个新的clockevent设备

2.会调用 tick_check_new_device 通知 tick device layer有新货到来。

3.如果tick device和clockevent device你情我愿，那么就会调用tick_setup_device函数setup这个tick device了。

a.一般而言，刚系统初始化的时候，所有cpu的tick device都没有匹配clock event device

b.因此，该cpu的local tick device也就是global tick device了。

c.而且，如果tick device是新婚（匹配之前，tick device的clock event device等于NULL），那么tick device的模式将被设定为 TICKDEV_MODE_PERIODIC ，即便clock event有one shot能力，即便系统配置了NO HZ。

4. 对应 TICKDEV_MODE_PERIODIC , setup函数 是 tick_setup_periodic // tick_setup_periodic 函数用来设定一个periodic tick device。

5. setup第一部分:设定 event handler 为 tick_handle_periodic // 对于周期性tick device，其clock event device的handler被设定为 tick_handle_periodic。

6. setup第二部分:调用 clockevent device layer 的接口函数 kick off底层的硬件，让其周期性的产生clock event，

time_init

machine_desc->init_time/s3c64xx_timer_init

samsung_pwm_clocksource_init(S3C_VA_TIMER, timer_irqs, &s3c64xx_pwm_variant);

pwm.base = base;

...

pwm.timerclk = clk_get(NULL, "timers");

_samsung_pwm_clocksource_init

samsung_timer_resources

samsung_clockevent_init

clockevents_config_and_register

clockevents_register_device

tick_check_new_device

tick_setup_device

void (*handler)(struct clock_event_device *) = NULL;

tick_setup_periodic(newdev, 0);

tick_set_periodic_handler

dev->event_handler = tick_handle_periodic;

clockevents_program_event

tick_setup_oneshot(newdev, handler, next_event);

request_irq(irq_number, samsung_clock_event_isr, IRQF_TIMER | IRQF_IRQPOLL, "samsung_time_irq", &time_event_device)

samsung_clocksource_init

sched_clock_register

什么时候开始有tick？

time_init

boot cpu ,在其初始化过程中会调用 time_init

这里会启动clocksource的初始化过程。这时候，周期性的tick就会开始了。

smp_init

其他的processor会启动，然后会注册其自己的local timer，这样，各个cpu上的tick就都启动了。

tick 的发生

// tick 发生时,走的是中断

// 这里面主要设置的 是 need_resched 

irq_usr

...

...

samsung_clock_event_isr

evt->event_handler/tick_handle_periodic

tick_periodic(cpu);

update_process_times // 根据task_struct 里面时间片相关的成员  做 set_tsk_need_resched

scheduler_tick

sched_clock_tick

curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0);

if (!clockevent_state_oneshot(dev)) return；

next = ktime_add_ns(next, TICK_NSEC);

tick 与 schedule

调用 调度 的 途径有很多

1. 直接调用

进程主动放弃cpu执行调度

2. 系统调用(通过检查 need_resched )

中断返回

系统调用返回用户空间

信号处理完成后返回内核空间

设置 need_resched 的途径还有很多// tick 是 设置 need_resched 的 一个途径

1.

2. 

tick 时的 schedule

返回用户空间时调度

need_resched

tick 属于 第一种

__irq_usr

irq_handler

b   ret_to_user_from_irq

// 从任务的TI_FLAGS标志判断是否需要处理抢占或者信号

ldr r1, [tsk, #TI_FLAGS]

movs    r1, r1, lsl #16

// 处理抢占或者信号

bne slow_work_pending

mov r0, sp              @ 'regs'

mov r2, why             @ 'syscall'

bl  do_work_pending

// 该函数内会调用 schedule

// 此时 表示 没有抢占或者信号要处理

// 或者 抢占或者信号 已经处理完毕

no_work_pending:

...

restore_user_regs fast = 0, offset = 0

__irq_svc

irq_handler

#ifdef CONFIG_PREEMPTION

blne    svc_preempt

bl  preempt_schedule_irq

__schedule

#endif

svc_exit r5, irq = 1