Разработка ядра Linux (Второе издание)
Шрифт:
Прерывание таймера очень важно для управления работой всей операционной системы. Большое количество функций ядра действуют и завершаются в соответствии с ходом времени. Следующие действия периодически выполняются системным таймером.
• Обновление значения времени работы системы (uptime).
• Обновление значения абсолютного времени (time of day).
• Для SMP-систем выполняется проверка балансировки очередей выполнения планировщика, и если они не сбалансированы, то их необходимо сбалансировать (как было рассказано в главе 4, "Планирование выполнения процессов").
• Проверка, не израсходовал ли текущий процесс свой квант времени, и если израсходовал, то выполнятся планирование выполнения нового процесса (как это было рассказано в главе 4).
• Выполнение обработчиков всех динамических таймеров, для которых истек период времени.
• Обновление статистики по использованию
Некоторые из этих действий выполняются при каждом прерывании таймера, т.е. эта работа выполняется с частотой системного таймера. Другие действия также выполняются периодически, но только через каждые n прерываний системного таймера. Иными словами, эти функции выполняются с частотой, которая равна некоторой доле частоты системного таймера. В разделе "Обработчик прерываний таймера" будет рассмотрена сама функция обработки прерываний системного таймера.
Частота импульсов таймера:
Частота системного таймера (частота импульсов, tick rate) программируется при загрузке системы на основании параметра ядра
Данный параметр ядра определен в файле
Поэтому для аппаратной платформы i386 прерывание таймера генерируется с частотой 1000 Гц, т.е. 1000 раз в секунду (каждую тысячную долю секунды или одну миллисекунду). Для большинства других аппаратных платформ значение частоты системного таймера равно 100 Гц. В табл. 10.1 приведен полный список всех поддерживаемых аппаратных платформ и определенных для них значений частоты системного таймера.
Таблица 10.1. Значение частоты системного таймера
| Аппаратная платформа | Частота (в герцах) |
|---|---|
| alpha | 1024 |
| arm | 100 |
| cris | 100 |
| h8300 | 100 |
| i386 | 1000 |
| ia64 | 32 или 1024 [54] |
| m68k | 100 |
| m68knommu | 50, 100 или 1000 |
| mips | 100 |
| mips64 | 100 |
| parisc | 100 или 1000 |
| ppc | 100 |
| ppc64 | 1000 |
| s390 | 100 |
| sh | 100 |
| spare | 100 |
| sparc64 | 100 |
| um | 100 |
| v850 | 24, 100 или 122 |
| x86-64 | 1000 |
54
Эмулятор платформы IA-64 имеет частоту 32 Гц. Настоящая машина платформы IA-64 имеет частоту 1024 Гц.
При
Частота системного таймера достаточно важна. Как будет видно, обработчик прерывания таймера выполняет много работы. Вся информация о времени в ядре получается из периодичности системного таймера. Весь компромисс состоит только в том, чтобы выбрать правильное значение данного параметра исходя из взаимоотношения между разными факторами.
Идеальное значение параметра
Для аппаратной платформы i386, начиная с самых первых версий операционной системы Linux, значение частоты системного таймера было равно 100 Гц. Однако во время разработки ядер серии 2.5 это значение было увеличено до 1000 Гц, что (как всегда бывает в подобных ситуациях) вызвало споры. Так как в системе очень многое зависит от прерывания таймера, то изменение значения частоты системного таймера должно оказывать сильное влияние на систему. Конечно, как в случае больших, так и в случае маленьких значений параметра HZ есть свои положительные и отрицательные стороны.
Увеличение значения частоты системного таймера означает, что обработчик прерываний таймера выполняется более часто. Следовательно, вся работа, которую он делает, также выполняется более часто. Это позволяет получить следующие преимущества.
• Прерывание таймера имеет большую разрешающую способность по времени, и следовательно, все событии, которые выполняются во времени, также имеют большую разрешающую способность.
• Увеличивается точность выполнения событий во времени.
Разрешающая способность увеличивается во столько же раз, во сколько раз возрастает частота импульсов. Например, гранулярность таймеров при частоте импульсов 100 Гц равна 10 миллисекунд. Другими словами, все периодические события выполняются прерыванием таймера, которое генерируется с предельной точностью по времени, равной 10 миллисекунд, и большая точность [55] не гарантируется. При частоте, равной 1000 Гц, разрешающая способность равна 1 миллисекунде, т.е. в 10 раз выше. Хотя ядро позволяет создавать таймеры с временным разрешением, равным 1 миллисекунде, однако при частоте системного таймера в 100 Гц нет возможности гарантированно получить временной интервал, короче 10 миллисекунд.
55
Здесь имеется в виду не точность измерения, а точность в вычислительном плане. Точность измерения (в общенаучном смысле) — это статистическая мера повторяемости результата. В вычислительном (компьютерном) смысле точность — это количество значащих цифр, которые используются для представления того или другого значения.
Точность измерения времени также возрастает аналогичным образом. Допустим, что таймеры ядра запускаются в случайные моменты времени, тогда в среднем таймеры будут срабатывать с точностью по времени до половины периода прерывания таймера, потому что период времени таймера может закончиться в любой момент, а обработчик таймера может выполниться, только когда генерируется прерывание таймера. Например, при частоте 100 Гц описанные события в среднем будут возникать с точностью ±5 миллисекунд от желаемого момента времени. Поэтому ошибка измерения в среднем составит 5 миллисекунд. При частоте 1000 Гц ошибка измерения в среднем уменьшается до 0.5 миллисекунд — получает десятикратное улучшение.
Более высокое разрешение и большая точность обеспечивают следующие преимущества.
• Таймеры ядра выполняются с большим разрешением и с лучшей точностью (это позволяет получить много разных улучшений, некоторые из которых описаны дальше).
• Системные вызовы, такие как
• Измерения, такие как учет использования ресурсов или измерения времени работы системы, выполняются с большей точностью.