五、好大一棵樹：高精度定時器的實現

在低精度下，級聯方式管理的定時

器非常地高效，每一次時鐘中斷，只需要判斷第一組下的表項(index = base->timer_jiffies & 255)是否有定時器即可。但到了高精度下，情況就不一樣了，老革命遇到了新問題，高精度定時器的定時精度為納級，而低精度下為毫秒級，

差了兩個數量級，每秒鐘就有1000000000個納秒。如果還按級聯方式來做的話，系統得有多少個表項啊，需要多少內存啊。而且原來的級聯方式是根據jiffies和32位系統來做的，因此，最終系統采用了紅黑樹來管理定時器。更詳細的描述可以參考源碼樹的hrtimes.txt文件。

由于系統jiffies為毫秒級，而高精度定時器為納秒級，那么使用jiffies來表示已經不合適了，因此，系統引入了ktime_t來表示時間，ktime_t實際為一個64bit的值，如果系統為32位，則為兩個32bit的聯合體。并引入了一堆接口做時間換算。

下面看看高精度定時器的觸發處理hrtimer_interrupt：

1，從紅黑樹取定時器節點(啟動定時器時已經按照定時時間插入樹中)，判斷是否超時，

2，處理定時器的回調，

3，所有超時定時器已經處理完畢，設置時鐘芯片下一個定時時間。

高精度定時器可以基于兩種時鐘，一個是單調時鐘，系統啟動為0開始遞增；一個是實際時間。

單調時鐘是不會變化的，而實際時間是有可能變化的，比如調用了settimeofday接口，這時候定時器怎么處理？

系統計算當前時間與設置時間的差值，并從紅黑樹獲取第一個定時器節點(最先超時)，超時時間加上差值(可能為正也可能為負)，以此結果重新設置時鐘芯片的觸發時間。時鐘芯片觸發時，需要對每一個定時器進行時間補償。

六、tick時鐘

沒有啟動動態時鐘的情況下，系統內部有一個以固定周期觸發的定時器，它就是tick時鐘。

七、動態時鐘(tickless)

第六節tick時鐘介紹了系統的周期時鐘是以固定的時間間隔觸發，超時處理函數進行相應的處理。但實際上，在不是很繁忙的系統上(最直觀的方法就是CPU占有率)，大多數情況下，系統都是空閑的，由于該tick值較短(依賴于配置，常見的為10毫秒或者4毫秒)，超時后發現沒有事情需要處理，又接著運行IDLE任務或者CPU進入節能狀態，這個超時處理是很浪費?？紤]一個人，沒有事情做的時候想打個盹，但又怕錯過，不得不眼睛剛瞇上，又得睜開問有沒有事情做，還能睡好嗎？那能不能在只有事情處理的時候才叫醒他呢？

在內核就實現了類似的機制，這就是動態時鐘。所謂動態時鐘，就是當系統空閑時，它不是采用周期性的tick超時，而是判斷系統的下一個超時處理時間，如果超時處理時間大于1個tick值(小于則沒有啟動動態時鐘的意義)，則對時鐘設備進行編程，讓時鐘設備以單觸發的方式，在指定的超時時間觸發。簡單說，動態時鐘就是在空閑態下，系統節拍不是固定周期觸發的，是通過計算得出的，這就是動態的含義，可以認為是tick周期時鐘的擴展。

當指定的超時時間到達之后或者被其他外部中斷提前喚醒后，系統為下一個時鐘信號編程，參見tick_nohz_restart_sched_tick->tick_nohz_restart

系統空閑時的相關處理函數參見cpu_idle->tick_nohz_stop_sched_tick。

相關數據結構參見struct tick_sched(該結構同時也是高精度定時器下的tick時鐘的實現)。

特別的是，動態時鐘機制是否支持是在編譯時指定的，使能編譯宏CONFIG_NO_HZ才會支持。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux内核定时唤醒,Linux内核时钟与定时器的实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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