时钟源(clock source)

clock source顾名思义就是提供给系统提供时钟的时钟源。
clock source负责读取芯片中按时间增加的值(所谓cycle) 并提供给timekeeper 当然也要提供按cycle的值计算时间间隔的内容。
clocksource以及timer相关的内容都在kernel/kernel/time目录下面。

obj-y timekeeping.o ntp.o clocksource.o jiffies.o timer_list.oobj-y timeconv.o posix-clock.o alarmtimer.oobj-$(CONFIG_GENERIC_CLOCKEVENTS_BUILD) clockevents.oobj-$(CONFIG_GENERIC_CLOCKEVENTS) tick-common.oobj-$(CONFIG_GENERIC_CLOCKEVENTS_BROADCAST) tick-broadcast.o tick-broadcast-hrtimer.oobj-$(CONFIG_GENERIC_SCHED_CLOCK) sched_clock.oobj-$(CONFIG_TICK_ONESHOT) tick-oneshot.oobj-$(CONFIG_TICK_ONESHOT) tick-sched.oobj-$(CONFIG_TIMER_STATS) timer_stats.o

下面来看一下时钟源是怎么注册上去 怎么提供计算时间的内容给timekeeper。

linux可以有很多时钟源 其中一种时钟源是jiffies。还有就是平台相关的时钟源 精度较高。
当然在注册了很多种时钟源之后 linux内核也用某种方式去选择当前的时钟源来保证最好的精度。

jiffies我们知道就是一秒钟会增加相当于HZ大小的一个变量。
首先需要根据时钟源 填充clocksource相关数据结构中的成员。

static struct clocksource clocksource_jiffies { .name jiffies , .rating 1, .read jiffies_read, /*读取当前jiffies*/ .mask 0xffffffff, /*32bits*/ .mult NSEC_PER_JIFFY JIFFIES_SHIFT, /* details above */ .shift JIFFIES_SHIFT,}; 

从这个例子 可以看出来 (mult shift)*cloclsource- read() 这个读的就是jiffies数。
当然如果要注册一些更高精度的时钟源 mult和shift要进行小心的计算 以保证其值不会溢出。这个后面再看。

int clocksource_register(struct clocksource *cs){ /* calculate max adjustment for given mult/shift */ cs- maxadj clocksource_max_adjustment(cs); /*计算相当于mult值得11%赋给maxadj*/ /* calculate max idle time permitted for this clocksource */ cs- max_idle_ns clocksource_max_deferment(cs); /*max_idle_ns计算方法看下面*/ mutex_lock( clocksource_mutex); clocksource_enqueue(cs); //把注册的clock source 添加到clocksource_list链表中 按rate的降序排序 clocksource_enqueue_watchdog(cs); clocksource_select(); //按rate选择最佳的clocksource 当然这里rate哪个大就选哪 个 mutex_unlock( clocksource_mutex); return 0;}static u64 clocksource_max_deferment(struct clocksource *cs){ u64 max_nsecs, max_cycles; max_cycles 1ULL (63 - (ilog2(cs- mult cs- maxadj) 1)); /* 上面的计算出来就是2的63次方 max_cycles*(cs- mult cs- maxadj) 也就是说 这个是在计算2的63次方纳秒对应的cycles 也就是计算最大的cycles 因为时间对应的纳秒不能超 过2的64次方 因为会溢出 */ max_cycles min_t(u64, max_cycles, (u64) cs- mask); /*max_cycles和cs- mask中的最小值赋值给max_cycles*/ max_nsecs clocksource_cyc2ns(max_cycles, cs- mult - cs- maxadj, cs- shift);return max_nsecs - (max_nsecs 3);}static struct clocksource clocksource_counter {.name arch_sys_counter ,.rating 400,.read arch_counter_read,.mask CLOCKSOURCE_MASK(56),.flags CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS,};static void __init arch_timer_counter_init(void){ clocksource_register_hz( clocksource_counter, arch_timer_rate); setup_sched_clock(arch_timer_update_sched_clock, 32, arch_timer_rate);/* Use the architected timer for the delay loop. */ arch_delay_timer.read_current_timer arch_timer_read_current_timer; arch_delay_timer.freq arch_timer_rate; register_current_timer_delay( arch_delay_timer);}static inline int clocksource_register_hz(struct clocksource *cs, u32 hz){ return __clocksource_register_scale(cs, 1, hz);}int __clocksource_register_scale(struct clocksource *cs, u32 scale, u32 freq){ /* Initialize mult/shift and max_idle_ns */ __clocksource_updatefreq_scale(cs, scale, freq); //根据clocksource的频 率计算mult和shit的值 /* Add clocksource to the clcoksource list */ mutex_lock( clocksource_mutex); clocksource_enqueue(cs); clocksource_enqueue_watchdog(cs); clocksource_select(); mutex_unlock( clocksource_mutex); return 0;}void __clocksource_updatefreq_scale(struct clocksource *cs, u32 scale, u32 freq){ u64 sec; sec (cs- mask - (cs- mask 3)); do_div(sec, freq); do_div(sec, scale);if (!sec) sec 1;else if (sec 600 cs- mask UINT_MAX) sec 600; clocks_calc_mult_shift( cs- mult, cs- shift, freq, NSEC_PER_SEC / scale, sec * scale); cs- maxadj clocksource_max_adjustment(cs);while ((cs- mult cs- maxadj cs- mult)|| (cs- mult - cs- maxadj cs- mult)) { cs- mult 1; cs- shift--; cs- maxadj clocksource_max_adjustment(cs);} cs- max_idle_ns clocksource_max_deferment(cs);}voidclocks_calc_mult_shift(u32 *mult, u32 *shift, u32 from, u32 to, u32 maxsec){ u64 tmp; u32 sft, sftacc 32; tmp ((u64)maxsec * from) 32; while (tmp) { tmp 1; sftacc--;}for (sft 32; sft 0; sft--) { tmp (u64) to sft; tmp from / 2; do_div(tmp, from);if ((tmp sftacc) 0)break;}*mult tmp;*shift sft;}

kernel用乘法 移位来替换除法 根据cycles来计算过去了多少ns。
单纯从精度上讲 肯定是mult越大越好 但是计算过程可能溢出 所以mult也不能无限制的大 这个计算中有个magic number 600
这个600的意思是600秒 表示的Timer两次计算当前计数值的差不会超过10分钟。主要考虑的是系统进入IDLE状态之后 时间信息不会被更新 10分钟内只要退出IDLE clocksource还是可以成功的转换时间。当然了 最后的这个时间不一定就是10分钟 它由clocksource_max_deferment计算并将结果存储在max_idle_ns中
筒子比较关心的问题是如何计算 ,精度如何,其实我不太喜欢这种计算,Kernel总是因为某些原因把代码写的很蛋疼.反正揣摩代码意图要花不少时间,收益嘛其实也不太大.如何实现我也不解释了,我以TSC为例子我评估下这种mult shift的精度.

#include stdio.h #include stdlib.h typedef unsigned int u32;typedef unsigned long long u64;#define NSEC_PER_SEC 1000000000Lvoidclocks_calc_mult_shift(u32 *mult, u32 *shift, u32 from, u32 to, u32 maxsec){ u64 tmp; u32 sft, sftacc 32; /* * * Calculate the shift factor which is limiting the conversion * * range: * */ tmp ((u64)maxsec * from) 32; while (tmp) { tmp 1; sftacc--; } /* * * Find the conversion shift/mult pair which has the best * * accuracy and fits the maxsec conversion range: * */ for (sft 32; sft 0; sft--) { tmp (u64) to sft; tmp from / 2; //do_div(tmp, from); tmp tmp/from; if ((tmp sftacc) 0) break; } *mult tmp; *shift sft;}int main(){ u32 tsc_mult; u32 tsc_shift ; u32 tsc_frequency 2127727000/1000; //TSC frequency(KHz) clocks_calc_mult_shift( tsc_mult, tsc_shift,tsc_frequency,NSEC_PER_SEC/1000, 600*1000); //NSEC_PER_SEC/1000是因为TSC的注册是clocksource_register_khz fprintf(stderr, mult %d shift %d\\n ,tsc_mult,tsc_shift); return 0;}

600是根据TSC clocksource的MASK算出来的的入参,感兴趣可以自己推算看下结果:

mult 7885042 shift 24root manu:~/code/c/self/time# pythonPython 2.7.3 (default, Apr 10 2013, 05:46:21) [GCC 4.6.3] on linux2Type help , copyright , credits or license for more information. (2127727000*7885042) 241000000045L 我们知道TSC的frequency是2127727000Hz,如果cycle走过2127727000,就意味过去了1秒,或者说10^9(us).按照我们的算法得出的时间是1000000045ns. 这个误差是多大呢,每走10^9秒,误差是45纳秒,换句话说,运行257天,产生1秒的计算误差.考虑到NTP的存在,这个运算精度还可以了.

clocksource_enqueue_watchdog会将clocksource挂到watchdog链表.watchdog顾名思义,监控所有clocksource:

#define WATCHDOG_INTERVAL (HZ 1)#define WATCHDOG_THRESHOLD (NSEC_PER_SEC 4)

如果0.5秒内,误差大于0.0625s,表示这个clocksource精度极差,将rating设成0.

以高通msm8916为例 除了jiffies 其他clocksource是没有直接使用kernel/kernel/time/clocksource.c文件里边的接口的。
其他arm_arch_timer.c[/kernel/driver/clocksource/arm_arch_timer.c]
和 arch_timer.c [kernel/arch/arm/kernel/arch_timer.c] 两个都是使用
sched_clock.c[/kernel/kernel/time/sched_clock.c]文件里边的
sched_clock_register()来进行注册 并使用sched_clock_32()函数读取当前时间。