系统高精度定时器异常（2023.5.30）

//现象 ①top命令无法输出查询结果 ②系统crow定时器任务没有执行 ③高精度定时器打印了负值（now值正确，只是所有定时器的硬超时时间未刷新）

https://blog.csdn.net/cc289123557/article/details/53870460

https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/5404620.html

深入理解Linux内核之主调度器（上）_Linux内核远航者的博客-CSDN博客

疑问：

2.（会不会是时钟源的精度变得很差的了原因？）当有新的clocksource被注册时，除了会挂在全局链表clocksource_list外，还会同时挂在一个watchdog链表上：watchdog_list。定时器周期性地（0.5秒）检查watchdog_list上的clocksource，WATCHDOG_THRESHOLD的值定义为0.0625秒，如果在0.5秒内，clocksource的偏差大于这个值就表示这个clocksource是不稳定的，定时器的回调函数通过clocksource_watchdog_kthread线程标记该clocksource，并把它的rate修改为0，表示精度极差

3.时钟被切换到高精度模式之后，还会被切换到低精度时钟模式？？？

4.高精度时钟没有被删除，是因为系统卡住了？？

//ktime_get 实际获取CLOCK_MONOTONIC时间，不统计设备休眠时间；ktime_get_real相对UTC；

//jiffies是内核的低精度定时器的计时单位，所以内核配置的HZ数决定了低精度定时器的精度，如果HZ数被设定为1000，那么，低精度定时器（timer_list）的精度就是1ms=1/1000秒

//posix timer：若干种类的静态时钟。这些时钟都可以通过k_clock表示，注册到posix_clocks中。这些都是静态时钟，可以分为三大类：各种REALTIME时钟、带_ALARM唤醒功能的时钟以及进程线程相关时钟

时钟时间(墙上时钟时间wall clock time)：从进程从开始运行到结束，时钟走过的时间，这其中包含了进程在阻塞和等待状态的时间。
用户CPU时间：就是用户的进程获得了CPU资源以后，在用户态执行的时间。
系统CPU时间：用户进程获得了CPU资源以后，在内核态的执行时间。

进程的三种状态为阻塞、就绪、运行。 时钟时间 ＝ 阻塞时间 ＋ 就绪时间 ＋运行时间 
用户CPU时间 ＝ 运行状态下用户空间的时间 
系统CPU时间 = 运行状态下系统空间的时间。 
用户CPU时间+系统CPU时间=运行时间。

ktime_get获取的时间是不统计设备休眠时间的
ktime_get_boottime获取的时间和ktime_get最大的不同是其包含了设备进入休眠的时间
ktime_get_real获取的时间的起点不是设备的启动时间点了，而是相对UTC的

1、文件汇整linux kernel 时间子系统的源文件：

文件名	描述
time.c timeconv.c	time.c文件是一个向用户空间提供时间接口的模块。具体包括：time, stime, gettimeofday, settimeofday,adjtimex。除此之外，该文件还提供一些时间格式转换的接口函数（其他内核模块使用），例如jiffes和微秒之间的转换，日历时间（Gregorian date）和xtime时间的转换。xtime的时间格式就是到linux epoch的秒以及纳秒值。 timeconv.c中包含了从calendar time到broken-down time之间的转换函数接口。
timer.c	传统的低精度timer模块，基本tick的。 alarm系统调用，以及低精度timer API
timer_list.c timer_stats.c	向用户空间提供的调试接口。在用户空间，可以通过/proc/timer_list接口可以获得内核中的时间子系统的相关信息。例如：系统中的当前正在使用的clock source设备、clock event设备和tick device的信息。通过/proc/timer_stats可以获取timer的统计信息。
hrtimer.c	高精度timer模块(高精度timer的通用框架，提供给itimer/POSIX timers/nanosleep/kernel内定时)
itimer.c	interval timer模块(setitimer和getitimer两个系统调用)
posix-timers.c posix-cpu-timers.c posix-clock.c	POSIX timer模块和POSIX clock模块 posix-timers.c系统调用： timer_create/timer_gettime/timer_getoverrun/timer_settime/timer_delete (CLOCK_REALTIME/CLOCK_MONOTONIC/CLOCK_MONOTONIC_RAW/CLOCK_REALTIME_COARSE/CLOCK_MONOTONIC_COARSE/CLOCK_BOOTTIME) clock_settime/clock_gettime/clock_adjtime/clock_getres clock_nanosleep posix-cpu-timers.c(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID/CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID)
alarmtimer.c	alarmtimer模块（也属于POSIX timer模块，CLOCK_REALTIME_ALARM/CLOCK_BOOTTIME_ALARM）
clocksource.c jiffies.c	clocksource.c是通用clocksource driver。其实也可以把system tick也看成一个特定的clocksource，其代码在jiffies.c文件中 clocksource.c clocksource的注册，以及suspend/resum管理。和clocksource sysfs相关节点，/sys/devices/system/clocksource/clocksource0。 jiffies.c注册一个clocksource_jiffies作为clocksource。
timekeeping.c timekeeping_debug.c	timekeeping模块主要维护timekeeper变量
ntp.c	NTP模块
clockevent.c	clockevent模块管理clockevent设备，注册、模式设置等。
tick-common.c tick-oneshot.c tick-sched.c	这三个文件属于tick device layer。 tick-common.c文件是periodic tick模块，用于管理周期性tick事件。 tick-oneshot.c文件是for高精度timer的，用于管理高精度tick时间。 tick-sched.c是用于dynamic tick的。
tick-broadcast.c tick-broadcast-hrtimer.c	broadcast tick模块。 broadcast tick用于进入cpudile之后唤醒cpu。
sched_clock.c	通用sched clock模块。这个模块主要是提供一个sched_clock的接口函数，调用该函数可以获取当前时间点到系统启动之间的纳秒值。底层的HW counter其实是千差万别的，有些平台可以提供64-bit的HW counter，因此，在那样的平台中，我们可以不使用这个通用sched clock模块（不配置CONFIG_GENERIC_SCHED_CLOCK这个内核选项），而在自己的clock source chip driver中直接提供sched_clock接口。使用通用sched clock模块的好处是：该模块扩展了64-bit的counter，即使底层的HW counter比特数目不足（有些平台HW counter只有32个bit）。

每个cpu上定义了一个hrtimer_cpu_base的全局变量，用于管理属于自己的hrtimer

<include/linux/hrtimer.h>
struct hrtimer_cpu_base {
    /* hrtimer_cpu_base每个cpu只有一个，存在并发访问，lock是用来保护该结构体的自旋锁 */
 raw_spinlock_t   lock;
    /* 所属的cpu编号 */
 unsigned int   cpu;
    /* 表示clock_base数组中哪些时钟基准下的红黑树中存在hrtimer */
 unsigned int   active_bases;
 unsigned int   clock_was_set_seq;
    /* 标识是否处在高精度模式下 */
 unsigned int   hres_active  : 1,
    /* 标识是否正在执行hrtimer_interrupt回调函数 */
     in_hrtirq  : 1,
    /* 标识是否上一次执行hrtimer_interrupt出现了错误 */
     hang_detected  : 1,
    /* 标识是否正在执行软中断处理程序hrtimer_run_softirq */
     softirq_activated       : 1;
#ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
    /* 标识一共执行了多少次hrtimer_interrupt回调函数 */
 unsigned int   nr_events;
    /* 标识在执行hrtimer_interrupt时对定时事件设备编程错误后重试的次数 */
 unsigned short   nr_retries;
    /* 标识在执行hrtimer_interrupt时发生错误的次数 */
 unsigned short   nr_hangs;
    /* 出现错误后，在hrtimer_interrupt中停留的最长时间 */
 unsigned int   max_hang_time;
#endif
#ifdef CONFIG_PREEMPT_RT
 spinlock_t   softirq_expiry_lock;
 atomic_t   timer_waiters;
#endif
    /* 该CPU上即将到期hrtimer的到期时间，包括硬hrtimer和软hrtimer */
 ktime_t    expires_next;
    /* 该CPU上即将到期的hrtimer，包括硬hrtimer和软hrtimer */
 struct hrtimer   *next_timer;
    /* 该CPU上即将到期的软hrtimer的到期时间 */
 ktime_t    softirq_expires_next;
    /* 该CPU上即将到期的软hrtimer */
 struct hrtimer   *softirq_next_timer;
    /* hrtimer的到期时间可以基于不同的时钟类型，每个类型都对应一个hrtimer_clock_base结构体 */
 struct hrtimer_clock_base clock_base[HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES];
} ____cacheline_aligned;

//不同精度的时间表示Notes：　　

//hrtimer_start()在当前cpu上使能一个hrtimer,它调用__hrtimer_start_range_ns()完成这个任务

//clock source用于为linux内核提供一个时间基线，如果你用linux的date命令获取当前时间，内核会读取当前的clock source

//Linux时间子系统之一：认识timer_list和timer_stats和使用 - ArnoldLu - 博客园 (cnblogs.com) //timer_list的详细备注

Linux时间子系统专题汇总 - ArnoldLu - 博客园 (cnblogs.com) now （(34条消息) Linux时间子系统之八：动态时钟框架（CONFIG_NO_HZ、tickless）_DroidPhone的博客-CSDN博客）

一文入门linux内核高精度定时器hrtimer机制 - 知乎 (zhihu.com)

https://blog.csdn.net/m0_74282605/article/details/127936139 （timer浅析）

https://blog.csdn.net/lxl584685501/article/details/46529847 ！POSIX.timer可扩展定时器

https://blog.csdn.net/tyyj90/article/details/126129306 （nanosleep函数调用）

https://blog.csdn.net/liebao_han/article/details/119335630 （sleep 1 用户态睡眠，strace打印函数调用）

(32条消息) 深入理解Linux内核之进程睡眠（下）_hrtimer_nanosleep_Linux内核远航者的博客-CSDN博客

Linux时间子系统之（十五）：clocksource (wowotech.net)

//timerfd 会引起程序的阻塞问题和极度占用cpu问题

(34条消息) Linux定时函数timerfd的使用问题以及解决办法_爱就是恒久忍耐的博客-CSDN博客

// https://blog.csdn.net/u014787262/article/details/123888538 (获取系统时间的调用 demo)

//Linux内核高精度定时器hrtimer的使用_Kunaly的博客-CSDN博客

如果定时器无需指定一个到期范围，可以在设定回调函数后直接使用hrtimer_start激活该定时器：

int hrtimer_start(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
             const enum hrtimer_mode mode);
如果需要指定到期范围，则可以使用hrtimer_start_range_ns激活定时器：
hrtimer_start_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
            unsigned long range_ns, const enum hrtimer_mode mode);
要取消一个hrtimer，使用hrtimer_cancel：
int hrtimer_cancel(struct hrtimer *timer);
以下两个函数用于推后定时器的到期时间：
extern u64
hrtimer_forward(struct hrtimer *timer, ktime_t now, ktime_t interval);
 
/* Forward a hrtimer so it expires after the hrtimer's current now */
static inline u64 hrtimer_forward_now(struct hrtimer *timer,
                      ktime_t interval)
{
    return hrtimer_forward(timer, timer->base->get_time(), interval);
}

clocksource，clock_event_device，它们有何区别？看名字，好像都是给系统提供时钟的设备，实际上，clocksource不能被编程，没有产生事件的能力，它主要被用于timekeeper来实现对真实时间进行精确的统计，而clock_event_device则是可编程的，它可以工作在周期触发或单次触发模式，系统可以对它进行编程，以确定下一次事件触发的时间，clock_event_device主要用于实现普通定时器和高精度定时器，同时也用于产生tick事件，供给进程调度子系统使用；

hrtimer系统需要通过timekeeper获取当前的时间，计算与到期时间的差值，并根据该差值，设定该cpu的tick_device（clock_event_device）的下一次的到期时间，时间一到，在clock_event_device的事件回调函数中处理到期的hrtimer；

一旦开启了hrtimer，tick_device所关联的clock_event_device的事件回调函数会被修改为：hrtimer_interrupt，并且会被设置成工作于CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT单触发模式；

//hrtimer_nanosleep的函数调用 https://blog.csdn.net/SunnyBeiKe/article/details/7022330

//在高精度模式下的高精度定时器：在do_nanosleep中，请求睡眠的进程会主动schedule()，主动让出CPU
hrtimer_nanosleep(struct timespec *rqtp, struct timespec __user *rmtp,const enum hrtimer_mode mode, const clockid_t clockid)//rqtp要暂停的时间，rmtp距下次唤醒的时间
　　if (rt_task(current)) //如果当前进程是rt任务，那么时间松弛度是0
　　hrtimer_init_on_stack
　　　　__hrtimer_init
　　　　　　__hrtimer_init_sleeper
　　　　　　　　__hrtimer_init
　　　　　　　　sl->timer.function = hrtimer_wakeup//核心为设置超时回调函数
　　hrtimer_set_expires_range_ns//设置到hrtimer的期时间
　　do_nanosleep
　　　　hrtimer_sleeper_start_expires
　　　　　　hrtimer_start_range_ns
　　　　　　　　__hrtimer_start_range_ns
　　　　　　　　　　remove_hrtimer
　　　　　　　　hrtimer_reprogram
　　　　　　　　　　tick_program_event
　　　　　　　　　　　　clockevents_program_event
　　　　　　　　　　　　　　clockevent_state_shutdown
//中断　　　　　　　　　　　　　　
hrtimer_interrupt
　　__hrtimer_run_queues
　　　　__run_hrtimer
//在低精度模式下的高精度定时器
update_process_times 
run_local_timers 
hrtimer_run_queues
raise_softirq(TIMER_SOFTIRQ)

//！！！ https://www.cnblogs.com/kylinos/p/9378781.html

3.4 定时器的处理

高精度定时器系统有3个入口可以对到期的定时器进行处理，分别是

1 没有切换到高精度模式时，在每个jiffies的tick事件中断中进行查询和处理。

2 在HRTIMER_SOFTIRQ软中断中进行查询和处理。

3 切换到高精度模式以后，在每个clock_event_device的到期事件的中断中进行查询和处理。

// ！！！ https://rootw.github.io/2018/02/%E9%AB%98%E7%B2%BE%E5%BA%A6%E5%AE%9A%E6%97%B6%E5%99%A8/

如果当前定时器是红黑树中最早到期的定时器，则重新设置clock event device的oneshot计数。注，高精度定时器正常工作时，会将clock event device的工作模式切换到oneshot

/内核正常启动后首先工作在低精度模式，然而在时钟中断的处理中，内核会检测是否具备切换到高精度的条件，如果各条件均满足，则切换到高精度模式工作。时钟中断中在处理低精度时钟时，通过hrtimer_run_pending()完成切换动作；

linux/kernel/timer.c:

static void run_timer_softirq(struct softirq_action *h)
{
struct tvec_base *base = __this_cpu_read(tvec_bases);

hrtimer_run_pending();

if (time_after_eq(jiffies, base->timer_jiffies))
__run_timers(base);
}

void hrtimer_run_pending(void)
{
if (hrtimer_hres_active()) /*如果已经切换到高精度模式则返回*/
return;

if (tick_check_oneshot_change(!hrtimer_is_hres_enabled())) /*判断是否具备切换到高精度的条件，如时钟源精度是否满足、是否支持oneshot模式*/
hrtimer_switch_to_hres();
}

// .iowait_sleeptime: 311053240339 nsecs

cat /proc/timer_list

Timer List Version: v0.8
HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES: 8
now at 322301767847547 nsecs

cpu: 0
 clock 0:
  .base:       ffff0022fe0ada00
  .index:      0
  .resolution: 1 nsecs
  .get_time:   ktime_get
  .offset:     0 nsecs
active timers:
 #0: <ffff0022fe0adfb8>, tick_sched_timer, S:01
 # expires at 322301772000000-322301772000000 nsecs [in 4152453 to 4152453 nsecs]
 #1: <ffff800011723de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 322302140380482-322302140380482 nsecs [in 372532935 to 372532935 nsecs]
 clock 1:
  .base:       ffff0022fe0ada40
  .index:      1
  .resolution: 1 nsecs
  .get_time:   ktime_get_real
  .offset:     1685177986378387320 nsecs
active timers:
 clock 2:
  .base:       ffff0022fe0ada80
  .index:      2
  .resolution: 1 nsecs
  .get_time:   ktime_get_boottime
  .offset:     0 nsecs
active timers:
 clock 3:
  .base:       ffff0022fe0adac0
  .index:      3
  .resolution: 1 nsecs
  .get_time:   ktime_get_clocktai
  .offset:     1685177986378387320 nsecs
active timers:
 clock 4:
  .base:       ffff0022fe0adb00
  .index:      4
  .resolution: 1 nsecs
  .get_time:   ktime_get
  .offset:     0 nsecs
active timers:
 #0: <ffff0022208bca00>, timerfd_tmrproc, S:01
 # expires at 1-1 nsecs [in -322301767847546 to -322301767847546 nsecs]
 #1: <ffff002235f9c200>, timerfd_tmrproc, S:01
 # expires at 1-1 nsecs [in -322301767847546 to -322301767847546 nsecs]
 #2: <ffff800013b13de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220466884532380-220466884582380 nsecs [in -101834883315167 to -101834883265167 nsecs]
 #3: <ffff002222b3a1c8>, posix_timer_fn, S:01
 # expires at 220466890225659-220466890225659 nsecs [in -101834877621888 to -101834877621888 nsecs]
 #4: <ffff800010923de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220466892556423-220466892606423 nsecs [in -101834875291124 to -101834875241124 nsecs]
 #5: <ffff8000109e3de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220466892563463-220466892613463 nsecs [in -101834875284084 to -101834875234084 nsecs]
 #6: <ffff8000109f3de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220466892574783-220466892624783 nsecs [in -101834875272764 to -101834875222764 nsecs]
 #7: <ffff002222b3a0a0>, posix_timer_fn, S:01
 # expires at 220466903630313-220466903630313 nsecs [in -101834864217234 to -101834864217234 nsecs]
 #8: <ffff8000109d3de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220466952474123-220466952524123 nsecs [in -101834815373424 to -101834815323424 nsecs]
 #9: <ffff00221dff1200>, timerfd_tmrproc, S:01
 # expires at 220467359803519-220467359803519 nsecs [in -101834408044028 to -101834408044028 nsecs]
 #10: <ffff00221d77f158>, pm_suspend_timer_fn, S:01
 # expires at 220466815840916-220467565840916 nsecs [in -101834952006631 to -101834202006631 nsecs]
 #11: <ffff80001b8cbde0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220467630780407-220467630830407 nsecs [in -101834137067140 to -101834137017140 nsecs]
 #12: <ffff80001175bde0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220467739681469-220467739731469 nsecs [in -101834028166078 to -101834028116078 nsecs]
 #13: <ffff800012feb990>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220468035546920-220468040508918 nsecs [in -101833732300627 to -101833727338629 nsecs]
 #14: <ffff80001b833de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220468757677913-220468757727913 nsecs [in -101833010169634 to -101833010119634 nsecs]
 #15: <ffff80001b7e3de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220469215250557-220469215300557 nsecs [in -101832552596990 to -101832552546990 nsecs]
 #16: <ffff80001b77bde0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220469523336301-220469523386301 nsecs [in -101832244511246 to -101832244461246 nsecs]
 #17: <ffff80001a273de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220470874780304-220470874830304 nsecs [in -101830893067243 to -101830893017243 nsecs]
 #18: <ffff80001b89bde0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220476456284356-220476456334356 nsecs [in -101825311563191 to -101825311513191 nsecs]
 #19: <ffff800013f5b860>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220476612625718-220476642625717 nsecs [in -101825155221829 to -101825125221830 nsecs]
 #20: <ffff00221ce7a1f8>, it_real_fn, S:01
 # expires at 220487491100124-220487491100124 nsecs [in -101814276747423 to -101814276747423 nsecs]
 #21: <ffff00221cc58200>, watchdog_timer_expired, S:01
 # expires at 220509328025290-220509328025290 nsecs [in -101792439822257 to -101792439822257 nsecs]
 #22: <ffff800010913de0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220514692687320-220514692737320 nsecs [in -101787075160227 to -101787075110227 nsecs]
 #23: <ffff00222510ae00>, timerfd_tmrproc, S:01
 # expires at 220532488772000-220532488772000 nsecs [in -101769279075547 to -101769279075547 nsecs]
 #24: <ffff80001d0d3ca0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220555745411289-220555745411289 nsecs [in -101746022436258 to -101746022436258 nsecs]
 #25: <ffff80001e5d3ca0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 220615840174755-220615840174755 nsecs [in -101685927672792 to -101685927672792 nsecs]
 #26: <ffff0022219a4cb8>, it_real_fn, S:01
 # expires at 220763033380345-220763033380345 nsecs [in -101538734467202 to -101538734467202 nsecs]
 #27: <ffff0022219a21f8>, it_real_fn, S:01
 # expires at 220765723875125-220765723875125 nsecs [in -101536043972422 to -101536043972422 nsecs]
 #28: <ffff800016e9bca0>, hrtimer_wakeup, S:01
 # expires at 221460960318094-221460960318094 nsecs [in -100840807529453 to -100840807529453 nsecs]
 #29: sched_clock_timer, sched_clock_poll, S:01
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发表于 2023-05-30 10:37 Skyge 阅读(370) 评论(0) 编辑收藏举报

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系统高精度定时器异常（2023.5.30）

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