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Linux定时器相关源码分析

  Linux的定时器使用时间轮算法。数据结构不难理解,核心数据结构与散列表及其相似,甚至可以说,就是散列表。事实上,理解其散列表的本质,有助于对相关操作的理解。

  数据结构 

  这里先列出一些宏,稍后解释: 

1 #define TVN_BITS (CONFIG_BASE_SMALL ? 4 : 6)
2 #define TVR_BITS (CONFIG_BASE_SMALL ? 6 : 8)
3 #define TVN_SIZE (1 << TVN_BITS)
4 #define TVR_SIZE (1 << TVR_BITS)
5 #define TVN_MASK (TVN_SIZE - 1)
6 #define TVR_MASK (TVR_SIZE - 1)

最基本的数据结构称为定时器向量,其实就是一个数组,数组类型就是在linux中不厌其烦用到的双向循环链表。代码如下:

1 struct tvec {
2     struct list_head vec[TVN_SIZE];
3 };
4 
5 struct tvec_root {
6     struct list_head vec[TVR_SIZE];
7 };

  示意图如图1:

  

图1 定时器向量

  每个双向队列中timer的expires时间都相同。Linux(32位)中延迟时间用unsign int表示,因此最大为0xFFFFFFFF,如果要表示这么多时间,那数组太大了,肯定是不行的。因此,用了五个这样定时器向量来表示所示,分别为tv1~tv5。tv1是tvec_root类型,tv2~tv5是tvec类型,区别就在于数组大小。前者是TVR_SIZE,后者是TVN_SIZE,即256和64。

  根据定时器的到期时间间隔interval=expires-jiffies来决定放入哪一个时间向量。

  0~0xff放到tv1,

  0x100~0x3fff放到tv2,

  0x4000~0xfffff放到tv3,

  0x100000~0x3ffffff放到tv4,

  0x4000000~0xffffff放到tv5。

  各个定时器被组织在一个大时间轮里面:

 1 struct tvec_base {
 2     spinlock_t lock;
 3     struct timer_list *running_timer;
 4     unsigned long timer_jiffies;
 5     unsigned long next_timer;
 6     struct tvec_root tv1;
 7     struct tvec tv2;
 8     struct tvec tv3;
 9     struct tvec tv4;
10     struct tvec tv5;
11 } ____cacheline_aligned;

 

  定时器添加  

  代码如下:

 1 static void internal_add_timer(struct tvec_base *base, struct timer_list *timer)
 2 {
 3     unsigned long expires = timer->expires;
 4     unsigned long idx = expires - base->timer_jiffies;
 5     struct list_head *vec;
 6 
 7     if (idx < TVR_SIZE) {
 8         int i = expires & TVR_MASK;
 9         vec = base->tv1.vec + i;
10     } else if (idx < 1 << (TVR_BITS + TVN_BITS)) {
11         int i = (expires >> TVR_BITS) & TVN_MASK;
12         vec = base->tv2.vec + i;
13     } else if (idx < 1 << (TVR_BITS + 2 * TVN_BITS)) {
14         int i = (expires >> (TVR_BITS + TVN_BITS)) & TVN_MASK;
15         vec = base->tv3.vec + i;
16     } else if (idx < 1 << (TVR_BITS + 3 * TVN_BITS)) {
17         int i = (expires >> (TVR_BITS + 2 * TVN_BITS)) & TVN_MASK;
18         vec = base->tv4.vec + i;
19     } else if ((signed long) idx < 0) {
20         /*
21          * Can happen if you add a timer with expires == jiffies,
22          * or you set a timer to go off in the past
23          */
24         vec = base->tv1.vec + (base->timer_jiffies & TVR_MASK);
25     } else {
26         int i;
27         /* If the timeout is larger than 0xffffffff on 64-bit
28          * architectures then we use the maximum timeout:
29          */
30         if (idx > 0xffffffffUL) {
31             idx = 0xffffffffUL;
32             expires = idx + base->timer_jiffies;
33         }
34         i = (expires >> (TVR_BITS + 3 * TVN_BITS)) & TVN_MASK;
35         vec = base->tv5.vec + i;
36     }
37     /*
38      * Timers are FIFO:
39      */
40     list_add_tail(&timer->entry, vec);
41 }

   当idx < TVR_SIZE时,显然应当放到tv1中。但是具体放到哪个槽呢?按照我的理解,就应该放到第idx个槽中。事实上不是。因为tv1其实是一个时间轮,有一个时间指针在这个轮上走,这个指针就是timer_jiffies%TVR_SIZE。当timer_jiffies%TVR_SIZE==0时,就走完了一圈。因此应该放到这个指针+idx的位置。而且,如果这个指针在靠近数组的末端,比如254,idx值假设为30,那么254+30=284,显然这是一个相对位置。这里用了一个巧妙的方法来计算,即i=expires&TVR_MASK。由于TVR_MASK=TVR_SIZE-1,而TVR_SIZE=1<<TVR_BITS,在这种情况下expires&TVR_MASK=expires%TVR_SIZE,即求余操作。求余操作解决了相对位置的问题,而位运算则比求余运算更高效。

  到了求余就好理解前面说的理解为散列表了。hash函数就是求余函数。

  其他

  其他问题包括删除定时器,调整定时器等,日后有空再分析。但是有了前面的基础,我想会好理解多了。

posted on 2014-04-23 23:18  zhizhizhiyuan  阅读(957)  评论(0编辑  收藏  举报

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