v35.03 鸿蒙内核源码分析(时间管理篇) | 谁是内核基本时间单位 | 百篇博客分析OpenHarmony源码

子曰：“譬如为山，未成一篑，止，吾止也；譬如平地，虽覆一篑，进，吾往也。” 《论语》：子罕篇

在这里插入图片描述

百篇博客系列篇.本篇为:

v35.xx 鸿蒙内核源码分析(时间管理篇) | 谁是内核基本时间单位

基础工具相关篇为:

在这里插入图片描述

本篇说清楚时间概念

读本篇之前建议先读鸿蒙内核源码分析(总目录)其他篇.

时间概念太重要了，在鸿蒙内核又是如何管理和使用时间的呢?

时间管理以系统时钟 g_sysClock 为基础，给应用程序提供所有和时间有关的服务。

  • 用户以秒、毫秒为单位计时.
  • 操作系统以Tick为单位计时，这个认识很重要. 每秒的tick大小很大程度上决定了内核调度的次数多少.
  • 当用户需要对系统进行操作时，例如任务挂起、延时等，此时需要时间管理模块对Tick和秒/毫秒进行转换。

熟悉两个概念:

  • Cycle(周期):系统最小的计时单位。Cycle的时长由系统主时钟频率决定，系统主时钟频率就是每秒钟的Cycle数。
  • Tick(节拍):Tick是操作系统的基本时间单位，由用户配置的每秒Tick数决定，可大可小.

怎么去理解他们之间的关系呢?看几个宏定义就清楚了.

#ifndef OS_SYS_CLOCK	//HZ:是每秒中的周期性变动重复次数的计量
#define OS_SYS_CLOCK (get_bus_clk()) //系统主时钟频率 例如:50000000 即20纳秒震动一次
#endif
#ifndef LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND 100 //每秒Tick数，意味着正常情况下每秒100次检查
#endif
#define OS_CYCLE_PER_TICK (g_sysClock / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND) //每个tick多少机器周期

时钟周期(振荡周期)

在鸿蒙g_sysClock表示时钟周期，是CPU的赫兹，也就是上面说的Cycle，这是固定不变的，由硬件晶振的频率决定的.
OsMain是内核运行的第一个C函数，首个子函数就是 osRegister，完成对g_sysClock的赋值

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID osRegister(VOID)
{
    g_sysClock = OS_SYS_CLOCK; //获取CPU HZ 
    g_tickPerSecond =  LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;//每秒节拍数 默认100 即一个tick = 10ms
    return;
}

CPU周期也叫(机器周期)

在鸿蒙宏OS_CYCLE_PER_TICK表示机器周期，Tick由用户根据实际情况配置.
例如:主频为1G的CPU，其振荡周期为: 1吉赫 （GHz 109 Hz） = 1 000 000 000 Hz
当Tick为100时，则1 000 000 000/100 = 10000000 ，即一个tick内可产生1千万个CPU周期.CPU就是用这1千万个周期去执行指令的.

指令周期

指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。
对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。
对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。
通常含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令。

Tick硬中断函数

LITE_OS_SEC_BSS volatile UINT64 g_tickCount[LOSCFG_KERNEL_CORE_NUM] = {0};//tick计数器，系统一旦启动，一直在++， 为防止溢出，这是一个 UINT64 的变量
LITE_OS_SEC_DATA_INIT UINT32 g_sysClock;//系统时钟，是绝大部分部件工作的时钟源，也是其他所有外设的时钟的来源 
LITE_OS_SEC_DATA_INIT UINT32 g_tickPerSecond;//每秒Tick数，鸿蒙默认是每秒100次，即:10ms
LITE_OS_SEC_BSS DOUBLE g_cycle2NsScale;	//周期转纳秒级

/* spinlock for task module */
LITE_OS_SEC_BSS SPIN_LOCK_INIT(g_tickSpin); //节拍器自旋锁
#define TICK_LOCK(state)                       LOS_SpinLockSave(&g_tickSpin， &(state))
/*
 * Description : Tick interruption handler
 *///节拍中断处理函数 ，鸿蒙默认10ms触发一次
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTickHandler(VOID)
{
    UINT32 intSave;

    TICK_LOCK(intSave);
    g_tickCount[ArchCurrCpuid()]++;//当前CPU核计数器
    TICK_UNLOCK(intSave);

#ifdef LOSCFG_KERNEL_VDSO
    OsUpdateVdsoTimeval();
#endif

#ifdef LOSCFG_KERNEL_TICKLESS
    OsTickIrqFlagSet(OsTicklessFlagGet());
#endif

#if (LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME == YES)
    HalClockIrqClear(); /* diff from every platform */
#endif

    OsTimesliceCheck();//时间片检查

    OsTaskScan(); /* task timeout scan *///任务扫描

#if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == YES)
    OsSwtmrScan();//定时器扫描，看是否有超时的定时器
#endif
}

#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
}

解读

  • g_tickCount记录每个CPU核tick的数组，每次硬中断都触发 OsTickHandler，每个CPU核单独计数.
  • OsTickHandler是内核调度的动力，其中会检查任务时间片是否用完，定时器是否超时.主动delay的任务是否需要被唤醒，其本质是个硬中断，在HalClockInit硬时钟初始化时创建的，具体在硬中断篇中会详细讲解.
  • TICK_LOCK是tick操作的自旋锁，宏原型LOS_SpinLockSave在自旋锁篇中已详细介绍.

功能函数

#define OS_SYS_MS_PER_SECOND   1000			//一秒多少毫秒
//获取自系统启动以来的Tick数
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT64 LOS_TickCountGet(VOID)
{
    UINT32 intSave;
    UINT64 tick;

    /*
     * use core0's tick as system's timeline，
     * the tick needs to be atomic.
     */
    TICK_LOCK(intSave);
    tick = g_tickCount[0];//使用CPU core0作为系统的 tick数
    TICK_UNLOCK(intSave);

    return tick;
}
//每个Tick多少Cycle数
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_CyclePerTickGet(VOID)
{
    return g_sysClock / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;
}
//毫秒转换成Tick
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_MS2Tick(UINT32 millisec)
{
    if (millisec == OS_MAX_VALUE) {
        return OS_MAX_VALUE;
    }

    return ((UINT64)millisec * LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND) / OS_SYS_MS_PER_SECOND;
}
//Tick转化为毫秒
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_Tick2MS(UINT32 tick)
{
    return ((UINT64)tick * OS_SYS_MS_PER_SECOND) / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;
}

说明

  • 在CPU篇中讲过，0号CPU核默认为主核，默认获取自系统启动以来的Tick数使用的是g_tickCount[0]
  • 因每个CPU核的tick是独立计数的，所以g_tickCount中各值是不一样的.
  • 系统的Tick数在关中断的情况下不进行计数，因为OsTickHandler本质是由硬中断触发的，屏蔽硬中断的情况下就不会触发OsTickHandler，自然也就不会有g_tickCount[ArchCurrCpuid()]++的计数，所以系统Tick数不能作为准确时间使用.
  • 追问下，什么情况下硬中断会被屏蔽?

编程示例

前提条件：

  • 使用每秒的Tick数LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND的默认值100。
  • 配好OS_SYS_CLOCK系统主时钟频率。

时间转换

VOID Example_TransformTime(VOID)
{
    UINT32 ms;
    UINT32 tick;

    tick = LOS_MS2Tick(10000);    // 10000ms转换为tick
    dprintf("tick = %d \n"，tick);
    ms = LOS_Tick2MS(100);        // 100tick转换为ms
    dprintf("ms = %d \n"，ms);
}

时间转换结果

tick = 1000
ms = 1000

时间统计和时间延迟

LITE_OS_SEC_TEXT UINT32 LOS_TaskDelay(UINT32 tick);
VOID Example_GetTime(VOID)
{
    UINT32 cyclePerTick;
    UINT64 tickCount;

    cyclePerTick  = LOS_CyclePerTickGet();
    if(0 != cyclePerTick) {
        dprintf("LOS_CyclePerTickGet = %d \n"， cyclePerTick);
    }

    tickCount = LOS_TickCountGet();
    if(0 != tickCount) {
        dprintf("LOS_TickCountGet = %d \n"， (UINT32)tickCount);
    }

    LOS_TaskDelay(200);//延迟200个tick
    tickCount = LOS_TickCountGet();
    if(0 != tickCount) {
        dprintf("LOS_TickCountGet after delay = %d \n"， (UINT32)tickCount);
    }
}

时间统计和时间延迟结果

LOS_CyclePerTickGet = 495000 //取决于CPU的频率
LOS_TickCountGet = 1 //实际情况不一定是1的
LOS_TickCountGet after delay = 201 //实际情况不一定是201，但二者的差距会是200

百篇博客分析.深挖内核地基

  • 给鸿蒙内核源码加注释过程中，整理出以下文章。内容立足源码，常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景，具有画面感，容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念，那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生，倍感亲切.确实有难度，自不量力，但已经出发，回头已是不可能的了。　😛
  • 与代码有bug需不断debug一样，文章和注解内容会存在不少错漏之处，请多包涵，但会反复修正，持续更新，v**.xx 代表文章序号和修改的次数，精雕细琢，言简意赅，力求打造精品内容。

按功能模块:

基础工具 加载运行 进程管理 编译构建
双向链表
位图管理
用栈方式
定时器
原子操作
时间管理
 ELF格式
ELF解析
静态链接
重定位
进程映像
 进程管理
进程概念
Fork
特殊进程
进程回收
信号生产
信号消费
Shell编辑
Shell解析
 编译环境
编译过程
环境脚本
构建工具
gn应用
忍者ninja
进程通讯 内存管理 前因后果 任务管理
自旋锁
互斥锁
进程通讯
信号量
事件控制
消息队列
 内存分配
内存管理
内存汇编
内存映射
内存规则
物理内存
 总目录
调度故事
内存主奴
源码注释
源码结构
静态站点
 时钟任务
任务调度
任务管理
调度队列
调度机制
线程概念
并发并行
CPU
系统调用
任务切换
文件系统 硬件架构
文件概念
文件系统
索引节点
挂载目录
根文件系统
字符设备
VFS
文件句柄
管道文件
 汇编基础
汇编传参
工作模式
寄存器
异常接管
汇编汇总
中断切换
中断概念
中断管理

百万汉字注解.精读内核源码

四大码仓中文注解 . 定期同步官方代码
WeHarmony/kernel_liteos_a_note

鸿蒙研究站( weharmonyos ) | 每天死磕一点点，原创不易，欢迎转载，请注明出处。若能支持点赞更好，感谢每一份支持。

posted @ 2021-02-19 17:00  鸿蒙内核源码分析  阅读(270)  评论(0)  编辑  收藏  举报