操作系统定时器原理分析（基于linux0.11）

操作系统的定时器原理是，操作系统维护了一个定时器节点的链表，新增一个定时器节点时，设置一个jiffies值，这是触发定时中断的频率。linux0.11版本里是1秒触发100次，即10毫秒一次。加入新增一个定时器的jiffies值是2，那经过两次定时中断后就会被执行。jiffies值在每次定时中断时会加一。

_timer_interrupt:push %ds        # save ds,es and put kernel data spacepush %es      # into them. %fs is used by _system_callpush %fspushl %edx      # we save %eax,%ecx,%edx as gcc doesn'tpushl %ecx      # save those across function calls. %ebxpushl %ebx      # is saved as we use that in ret_sys_callpushl %eaxmovl $0x10,%eaxmov %ax,%dsmov %ax,%esmovl $0x17,%eaxmov %ax,%fsincl _jiffies...

下面是定时器的结构图。

#define TIME_REQUESTS 64// 定时器数组，其实是个链表
static struct timer_list {long jiffies;void (*fn)();struct timer_list * next;
} timer_list[TIME_REQUESTS], * next_timer = NULL;void add_timer(long jiffies, void (*fn)(void))
{struct timer_list * p;if (!fn)return;// 关中断，防止多个进程”同时“操作cli();// 直接到期，直接执行回调if (jiffies <= 0)(fn)();else {// 遍历定时器数组，找到一个空项for (p = timer_list ; p < timer_list + TIME_REQUESTS ; p++)if (!p->fn)break;// 没有空项了if (p >= timer_list + TIME_REQUESTS)panic("No more time requests free");// 给空项赋值p->fn = fn;p->jiffies = jiffies;// 在数组中形成链表p->next = next_timer;// next_timer指向第一个节点，即最早到期的next_timer = p;/*修改链表，保证超时时间是从小到大的顺序原理：每个节点都是以前面一个节点的到时时间为坐标，节点里的jiffies即超时时间是前一个节点到期后的多少个jiffies后该节点到期。*/while (p->next && p->next->jiffies < p->jiffies) {// 前面的节点比后面节点大，则前面节点减去后面节点的值，算出偏移值，下面准备置换位置p->jiffies -= p->next->jiffies;// 先保存一下fn = p->fn;// 置换两个节点的回调p->fn = p->next->fn;p->next->fn = fn;jiffies = p->jiffies;// 置换两个节点是超时时间p->jiffies = p->next->jiffies;p->next->jiffies = jiffies;/*到这，第一个节点是最快到期的，还需要更新后续节点的值，其实就是找到一个合适的位置插入，因为内核是用数组实现的定时器队列，所以是通过置换位置实现插入，如果是链表，则直接找到合适的位置，插入即可，所谓合适的位置，就是找到第一个比当前节点大的节点，插入到他前面。*/p = p->next;}/*内核这里实现有个bug，当当前节点是最小时，需要更新原链表中第一个节点的值，，否则会导致原链表中第一个节点的过期时间延长，修复代码如下：if (p->next && p->next->jiffies > p->jiffies) {p->next->jiffies = p->next->jiffies - p->jiffies;}  即更新原链表中第一个节点相对于新的第一个节点的偏移，剩余的节点不需要更新，因为他相对于他前面的节点的偏移不变，但是原链表中的第一个节点之前前面没有节点，所以偏移就是他自己的值，而现在在他前面插入了一个节点，则他的偏移是相对于前面一个节点的偏移*/}sti();
}
// 定时中断处理函数
void do_timer(long cpl)
{extern int beepcount;extern void sysbeepstop(void);if (beepcount)if (!--beepcount)sysbeepstop();// 当前在用户态，增加用户态的执行时间，否则增加该进程的系统执行时间if (cpl)current->utime++;elsecurrent->stime++;// next_timer为空说明还没有定时节点if (next_timer) {// 第一个节点减去一个jiffies，因为其他节点都是相对第一个节点的偏移，所以其他节点的值不需要变next_timer->jiffies--;// 当前节点到期，如果有多个节点超时时间一样，即相对第一个节点偏移是0，则会多次进入while循环while (next_timer && next_timer->jiffies <= 0) {void (*fn)(void);fn = next_timer->fn;next_timer->fn = NULL;// 下一个节点next_timer = next_timer->next;// 执行定时回调函数(fn)();}}if (current_DOR & 0xf0)do_floppy_timer();// 当前进程的可用时间减一，不为0则接着执行，否则可能需要重新调度if ((--current->counter)>0) return;current->counter=0;// 是系统进程则继续执行if (!cpl) return;// 进程调度schedule();
}

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