2013年02月12日 情報科学類 オペレーティングシステム II 筑波大学 システム情報工学研究科 コンピュータサイエンス専攻, 電子・情報工学系 新城 靖 <yas@cs.tsukuba.ac.jp>
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試験について
struct timeval { long tv_sec; /* seconds since Jan. 1, 1970 */ long tv_usec; /* and microseconds */ }; int gettimeofday(struct timeval *tp, struct timezone *tzp); int settimeofday(const struct timeval *tp, const struct timezone *tzp);使い方
struct timeval tv; gettimeofday(&tv, NULL);POSIX 1003.1, 2003 の struct timespec では、ナノ秒単位。
struct timespec { time_t tv_sec; /* Seconds. */ long int tv_nsec; /* Nanoseconds. */ }; int clock_settime(clockid_t clock_id, const struct timespec *tp); int clock_gettime(clockid_t clock_id, struct timespec *tp); int clock_getres(clockid_t clock_id, struct timespec *res);カレンダ時刻は、変更できる。逆走させることも可能。
順方向のジャンプや逆走を避けて、カレンダ時刻を合わせるには、adjtime() を使う。
int adjtime(const struct timeval *delta, struct timeval *olddelta);
struct itimerval { struct timeval it_interval; /* next value */ struct timeval it_value; /* current value */ }; int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue);
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);ネットワーク・プログラムでよく使う。複数の入力を監視する。指定された時 間、入力がなければ、システム・コールから復帰する。
なにもしない時間切れ。
unsigned int sleep(unsigned int seconds); int usleep(useconds_t usec) int nanosleep(const struct timespec *rqtp, struct timespec *rmtp);
図? タイマ関連のハードウェアの基本モデル
2つの機能がある。
その他の割込み
linux-3.6.8/kernel/timer.c 53: u64 jiffies_64 __cacheline_aligned_in_smp = INITIAL_JIFFIES; linux-3.6.8/include/linux/jiffies.h 90: extern u64 __jiffy_data jiffies_64; 91: extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
linux-3.6.8/kernel/time/tick-common.c 63: static void tick_periodic(int cpu) 64: { 65: if (tick_do_timer_cpu == cpu) { ... 71: do_timer(1); ... 73: } ... 75: update_process_times(user_mode(get_irq_regs())); ... 77: } linux-3.6.8/kernel/timer.c 1359: void update_process_times(int user_tick) 1360: { 1361: struct task_struct *p = current; 1362: int cpu = smp_processor_id(); ... 1365: account_process_tick(p, user_tick); ... 1373: scheduler_tick(); ... 1375: }
linux-3.6.8/kernel/timer.c 53: u64 jiffies_64 __cacheline_aligned_in_smp = INITIAL_JIFFIES; linux-3.6.8/kernel/time/timekeeping.c 1353: void do_timer(unsigned long ticks) 1354: { 1355: jiffies_64 += ticks; 1356: update_wall_time(); ... 1358: }
xtime_nsec >> shift
でナノ秒を表す。
linux-3.6.8/kernel/time/timekeeping.c 25: struct timekeeper { ... 30: /* The shift value of the current clocksource. */ 31: u32 shift; ... 41: /* Current CLOCK_REALTIME time in seconds */ 42: u64 xtime_sec; 43: /* Clock shifted nano seconds */ 44: u64 xtime_nsec; ... 78: }; 79: 80: static struct timekeeper timekeeper; 99: static struct timespec tk_xtime(struct timekeeper *tk) 100: { 101: struct timespec ts; 102: 103: ts.tv_sec = tk->xtime_sec; 104: ts.tv_nsec = (long)(tk->xtime_nsec >> tk->shift); 105: return ts; 106: }
linux-3.6.8/kernel/time.c 101: SYSCALL_DEFINE2(gettimeofday, struct timeval __user *, tv, 102: struct timezone __user *, tz) 103: { 104: if (likely(tv != NULL)) { 105: struct timeval ktv; 106: do_gettimeofday(&ktv); 107: if (copy_to_user(tv, &ktv, sizeof(ktv))) 108: return -EFAULT; 109: } 110: if (unlikely(tz != NULL)) { 111: if (copy_to_user(tz, &sys_tz, sizeof(sys_tz))) 112: return -EFAULT; 113: } 114: return 0; 115: } linux-3.6.8/kernel/time/timekeeping.c 412: void do_gettimeofday(struct timeval *tv) 413: { 414: struct timespec now; 415: 416: getnstimeofday(&now); 417: tv->tv_sec = now.tv_sec; 418: tv->tv_usec = now.tv_nsec/1000; 419: } 294: void getnstimeofday(struct timespec *ts) 295: { 296: struct timekeeper *tk = &timekeeper; 297: unsigned long seq; 298: s64 nsecs = 0; ... 305: ts->tv_sec = tk->xtime_sec; 306: nsecs = timekeeping_get_ns(tk); ... 310: ts->tv_nsec = 0; 311: timespec_add_ns(ts, nsecs); 312: }
linux-3.6.8/kernel/time/timekeeping.c 1135: static void update_wall_time(void) 1136: { 1137: struct clocksource *clock; 1138: struct timekeeper *tk = &timekeeper; ... 1194: remainder = tk->xtime_nsec & ((1ULL << tk->shift) - 1); 1195: tk->xtime_nsec -= remainder; 1196: tk->xtime_nsec += 1ULL << tk->shift; 1197: tk->ntp_error += remainder << tk->ntp_error_shift; ... 1203: accumulate_nsecs_to_secs(tk); ... 1210: }
tk->xtime_nsec
を
1 << tk->shift
だけ増やす。
1 << tk->shift
以下の部分は、tk->ntp_error
に集めておく。
tk->xtime_nsec
が秒を超えたら
accumulate_nsecs_to_secs()
で補正する。
linux-3.6.8/include/linux/timer.h 12: struct timer_list { ... 17: struct list_head entry; 18: unsigned long expires; 19: struct tvec_base *base; 20: 21: void (*function)(unsigned long); 22: unsigned long data; ... 34: };
jiffies が増加して expires に達すれば、(*function)(data) を呼ぶ。
主に次の関数で操作する。
{ struct timer_list my_timer; // 構造体の宣言 init_timer(&my_timer); // 初期化 my_timer.expires = jiffies + delay; // どのくらい待ちたいか my_timer.data = (unsigned long)data; // 渡したいデータ my_timer.function = my_timer_func; // 関数 add_timer(&my_timer); // 登録 } void my_timer_func(unsigned long data) { ... }
主に次の関数で操作する。
struct hrtimer my_timer; hrtimer_init(&my_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL); my_timer.function = my_timer_handler; ... hrtimer_start(&my_timer, ktime_set(0, t_nano), HRTIMER_MODE_REL); ... enum hrtimer_restart my_timer_handler(struct hrtimer *timer) { ... return HRTIMER_NORESTART; }
linux-3.6.8/kernel/sched/core.c 3214: void scheduler_tick(void) 3215: { 3216: int cpu = smp_processor_id(); 3217: struct rq *rq = cpu_rq(cpu); 3218: struct task_struct *curr = rq->curr; ... 3225: curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0); ... 3234: }
linux-3.6.8/kernel/sched/fair.c 4981: static void task_tick_fair(struct rq *rq, struct task_struct *curr, int queued) 4982: { 4983: struct cfs_rq *cfs_rq; 4984: struct sched_entity *se = &curr->se; 4985: 4986: for_each_sched_entity(se) { 4987: cfs_rq = cfs_rq_of(se); 4988: entity_tick(cfs_rq, se, queued); 4989: } 4990: } 1347: static void 1348: entity_tick(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr, int queued) 1349: { ... 1353: update_curr(cfs_rq); ... 1377: if (cfs_rq->nr_running > 1) 1378: check_preempt_tick(cfs_rq, curr); 1379: } 684: static void update_curr(struct cfs_rq *cfs_rq) 685: { 686: struct sched_entity *curr = cfs_rq->curr; 687: u64 now = rq_of(cfs_rq)->clock_task; 688: unsigned long delta_exec; ... 698: delta_exec = (unsigned long)(now - curr->exec_start); ... 702: __update_curr(cfs_rq, curr, delta_exec); 703: curr->exec_start = now; ... 714: } 663: static inline void 664: __update_curr(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr, 665: unsigned long delta_exec) 666: { 667: unsigned long delta_exec_weighted; ... 674: delta_exec_weighted = calc_delta_fair(delta_exec, curr); ... 676: curr->vruntime += delta_exec_weighted; ... 682: }
linux-3.6.8/kernel/sched/core.c 3071: void account_process_tick(struct task_struct *p, int user_tick) 3072: { 3073: cputime_t one_jiffy_scaled = cputime_to_scaled(cputime_one_jiffy); 3074: struct rq *rq = this_rq(); ... 3084: if (user_tick) 3085: account_user_time(p, cputime_one_jiffy, one_jiffy_scaled); 3086: else if ((p != rq->idle) || (irq_count() != HARDIRQ_OFFSET)) 3087: account_system_time(p, HARDIRQ_OFFSET, cputime_one_jiffy, 3088: one_jiffy_scaled); 3089: else 3090: account_idle_time(cputime_one_jiffy); 3091: } 2854: void account_user_time(struct task_struct *p, cputime_t cputime, 2855: cputime_t cputime_scaled) 2856: { ... 2860: p->utime += cputime; 2861: p->utimescaled += cputime_scaled; ... 2871: }
例: Ethernet のドライバでモードを変更して 2 マイクロ秒だけ待つ。
様々な方法がある。
例1: 10 tick (インターバル・タイマによる割り込み)を待つ。
unsigned long timeout = jiffies + 10; // 10 ticks while (time_before(jiffies,timeout)) continue;例2: 2秒待つ
unsigned long delay = jiffies + 2*HZ; // 2秒 while (time_before(jiffies,timeout)) continue;
unsigned long timeout = jiffies + 10; // 10 ticks while (jiffies<timeout) continue;引き算して 0 と比較すると、オーバフローの問題が解決できる。
unsigned long timeout = jiffies + 10; // 10 ticks while (jiffies-timeout<0) continue;次のマクロを使う方法もある。
linux-3.6.8/include/linux/jiffies.h 115: #define time_after(a,b) \ 116: (typecheck(unsigned long, a) && \ 117: typecheck(unsigned long, b) && \ 118: ((long)(b) - (long)(a) < 0)) 119: #define time_before(a,b) time_after(b,a) 120: 121: #define time_after_eq(a,b) \ 122: (typecheck(unsigned long, a) && \ 123: typecheck(unsigned long, b) && \ 124: ((long)(a) - (long)(b) >= 0)) 125: #define time_before_eq(a,b) time_after_eq(b,a)
unsigned long delay = jiffies + 2*HZ; // 2秒 while (time_before(jiffies,timeout)) cond_resched();他に実行すべき重要なプロセスが存在する(条件)時には、スケジューラを呼ん で、実行する。存在しなければ、空ループと同じ。ただし、スケジューラを呼 ぶ(sleepする可能性がある)ので、割り込みコンテキストからは使えない。
void ndelay(unsigned long nsecs) void udelay(unsigned long usecs) void mdelay(unsigned long msecs)udelay() は、ある回数のループで実装されている。回数は、CPUの速度等で決 まる。ndelay(), mdelay() は、udelay() を呼んでいる。
udelay() で1ミリ秒以上待ってはいけない。 ループのインデックスがオーバフローする可能性がある。
set_current_state( TASK_INTERRUPTIBLE ); // signal で起きる可能性がある schedule_timeout( s * HZ );実装には struct timer_list が使われている。
void h(int a,int b, int c) { .... }これを実現するために、どのようなコードを書けばよいか。以下の空欄を埋め なさい。
struct timer_list my_timer; int my_arg_a,my_arg_b,my_arg_c; void f(unsigned long data) { init_timer( /*空欄(a)*/ ); my_timer.expires = /*空欄(b)*/; my_timer.data = 0; my_timer.function = /*空欄(c)*/; /*空欄(d)*/; } void my_timer_func(unsigned long data) { h( my_arg_a,my_arg_b,my_arg_c ); }