clock source用于為linux內(nèi)核提供一個時間基線，如果你用linux的date命令獲取當前時間，內(nèi)核會讀取當前的clock source，轉換并返回合適的時間單位給用戶空間。在硬件層，它通常實現(xiàn)為一個由固定時鐘頻率驅動的計數(shù)器，計數(shù)器只能單調(diào)地增加，直到溢出為止。時鐘源是內(nèi)核計時的基礎，系統(tǒng)啟動時，內(nèi)核通過硬件RTC獲得當前時間，在這以后，在大多數(shù)情況下，內(nèi)核通過選定的時鐘源更新實時時間信息（墻上時間），而不再讀取RTC的時間。本節(jié)的內(nèi)核代碼樹基于V3.4.10。

1. ?struct clocksource結構

內(nèi)核用一個clocksource結構對真實的時鐘源進行軟件抽象，現(xiàn)在我們從clock source的數(shù)據(jù)結構開始，它的定義如下：

[cpp]?view plain?copy

struct?clocksource?{??

/*?

*?Hotpath?data,?fits?in?a?single?cache?line?when?the?

*?clocksource?itself?is?cacheline?aligned.?

*/??

cycle_t?(*read)(struct?clocksource?*cs);??

cycle_t?cycle_last;??

cycle_t?mask;??

u32?mult;??

u32?shift;??

u64?max_idle_ns;??

u32?maxadj;??

#ifdef?CONFIG_ARCH_CLOCKSOURCE_DATA??

struct?arch_clocksource_data?archdata;??

#endif??

const?char?*name;??

struct?list_head?list;??

int?rating;??

int?(*enable)(struct?clocksource?*cs);??

void?(*disable)(struct?clocksource?*cs);??

unsigned?long?flags;??

void?(*suspend)(struct?clocksource?*cs);??

void?(*resume)(struct?clocksource?*cs);??

/*?private:?*/??

#ifdef?CONFIG_CLOCKSOURCE_WATCHDOG??

/*?Watchdog?related?data,?used?by?the?framework?*/??

struct?list_head?wd_list;??

cycle_t?cs_last;??

cycle_t?wd_last;??

#endif??

}?____cacheline_aligned;??

我們只關注clocksource中的幾個重要的字段。

1.1 ?rating：時鐘源的精度

同一個設備下，可以有多個時鐘源，每個時鐘源的精度由驅動它的時鐘頻率決定，比如一個由10MHz時鐘驅動的時鐘源，他的精度就是100nS。clocksource結構中有一個rating字段，代表著該時鐘源的精度范圍，它的取值范圍如下：

1--99： 不適合于用作實際的時鐘源，只用于啟動過程或用于測試；

100--199：基本可用，可用作真實的時鐘源，但不推薦；

200--299：精度較好，可用作真實的時鐘源；

300--399：很好，精確的時鐘源；

400--499：理想的時鐘源，如有可能就必須選擇它作為時鐘源；

1.2 ?read回調(diào)函數(shù)

時鐘源本身不會產(chǎn)生中斷，要獲得時鐘源的當前計數(shù)，只能通過主動調(diào)用它的read回調(diào)函數(shù)來獲得當前的計數(shù)值，注意這里只能獲得計數(shù)值，也就是所謂的cycle，要獲得相應的時間，必須要借助clocksource的mult和shift字段進行轉換計算。

1.3 ?mult和shift字段

因為從clocksource中讀到的值是一個cycle計數(shù)值，要轉換為時間，我們必須要知道驅動clocksource的時鐘頻率F，一個簡單的計算就可以完成：

t = cycle/F;

可是clocksource并沒有保存時鐘的頻率F，因為使用上面的公式進行計算，需要使用浮點運算，這在內(nèi)核中是不允許的，因此，內(nèi)核使用了另外一個變通的辦法，根據(jù)時鐘的頻率和期望的精度，事先計算出兩個輔助常數(shù)mult和shift，然后使用以下公式進行cycle和t的轉換：

t = (cycle * mult) >> shift;

只要我們保證：

F = (1 << shift) / mult;

內(nèi)核內(nèi)部使用64位進行該轉換計算：

[cpp]?view plain?copy

static?inline?s64?clocksource_cyc2ns(cycle_t?cycles,?u32?mult,?u32?shift)??

{??

return?((u64)?cycles?*?mult)?>>?shift;??

}??

從轉換精度考慮，mult的值是越大越好，但是為了計算過程不發(fā)生溢出，mult的值又不能取得過大。為此內(nèi)核假設cycle計數(shù)值被轉換后的最大時間值：10分鐘（600秒），主要的考慮是CPU進入IDLE狀態(tài)后，時間信息不會被更新，只要在10分鐘內(nèi)退出IDLE，clocksource的cycle計數(shù)值就可以被正確地轉換為相應的時間，然后系統(tǒng)的時間信息可以被正確地更新。當然最后的結果不一定是10分鐘，它由clocksource_max_deferment進行計算，并保存max_idle_ns字段中，tickless的代碼要考慮這個值，以防止在NO_HZ配置環(huán)境下，系統(tǒng)保持IDLE狀態(tài)的時間過長。在這樣，由10分鐘這個假設的時間值，我們可以推算出合適的mult和shift值。

2. ?clocksource的注冊和初始化

通常，clocksource要在初始化階段通過clocksource_register_hz函數(shù)通知內(nèi)核它的工作時鐘的頻率，調(diào)用的過程如下：

由上圖可見，最終大部分工作會轉由__clocksource_register_scale完成，該函數(shù)首先完成對mult和shift值的計算，然后根據(jù)mult和shift值，最終通過clocksource_max_deferment獲得該clocksource可接受的最大IDLE時間，并記錄在clocksource的max_idle_ns字段中。clocksource_enqueue函數(shù)負責按clocksource的rating的大小，把該clocksource按順序掛在全局鏈表clocksource_list上，rating值越大，在鏈表上的位置越靠前。

每次新的clocksource注冊進來，都會觸發(fā)clocksource_select函數(shù)被調(diào)用，它按照rating值選擇最好的clocksource，并記錄在全局變量curr_clocksource中，然后通過timekeeping_notify函數(shù)通知timekeeping，當前clocksource已經(jīng)變更，關于timekeeping，我將會在后續(xù)的博文中闡述。

3. ?clocksource watchdog

系統(tǒng)中可能同時會注冊對個clocksource，各個clocksource的精度和穩(wěn)定性各不相同，為了篩選這些注冊的clocksource，內(nèi)核啟用了一個定時器用于監(jiān)控這些clocksource的性能，定時器的周期設為0.5秒：

[cpp]?view plain?copy

#define?WATCHDOG_INTERVAL?(HZ?>>?1)??

#define?WATCHDOG_THRESHOLD?(NSEC_PER_SEC?>>?4)??

當有新的clocksource被注冊時，除了會掛在全局鏈表clocksource_list外，還會同時掛在一個watchdog鏈表上：watchdog_list。定時器周期性地（0.5秒）檢查watchdog_list上的clocksource，WATCHDOG_THRESHOLD的值定義為0.0625秒，如果在0.5秒內(nèi)，clocksource的偏差大于這個值就表示這個clocksource是不穩(wěn)定的，定時器的回調(diào)函數(shù)通過clocksource_watchdog_kthread線程標記該clocksource，并把它的rate修改為0，表示精度極差。

4. ?建立clocksource的簡要過程

在系統(tǒng)的啟動階段，內(nèi)核注冊了一個基于jiffies的clocksource，代碼位于kernel/time/jiffies.c：

[cpp]?view plain?copy

struct?clocksource?clocksource_jiffies?=?{??

.name???????=?"jiffies",??

.rating?????=?1,?/*?lowest?valid?rating*/??

.read???????=?jiffies_read,??

.mask???????=?0xffffffff,?/*32bits*/??

.mult???????=?NSEC_PER_JIFFY?<

.shift??????=?JIFFIES_SHIFT,??

};??

......??

static?int?__init?init_jiffies_clocksource(void)??

{??

return?clocksource_register(&clocksource_jiffies);??

}??

core_initcall(init_jiffies_clocksource);??

它的精度只有1/HZ秒，rating值為1，如果平臺的代碼沒有提供定制的clocksource_default_clock函數(shù)，它將返回該clocksource：

[cpp]?view plain?copy

struct?clocksource?*?__init?__weak?clocksource_default_clock(void)??

{??

return?&clocksource_jiffies;??

}??

然后，在初始化的后段，clocksource的代碼會把全局變量curr_clocksource設置為上述的clocksource：

[cpp]?view plain?copy

static?int?__init?clocksource_done_booting(void)??

{??

......??

curr_clocksource?=?clocksource_default_clock();??

......??

finished_booting?=?1;??

......??

clocksource_select();??

......??

return?0;??

}??

fs_initcall(clocksource_done_booting);??

當然，如果平臺級的代碼在初始化時也會注冊真正的硬件clocksource，所以經(jīng)過clocksource_select()函數(shù)后，curr_clocksource將會被設為最合適的clocksource。如果clocksource_select函數(shù)認為需要切換更好的時鐘源，它會通過timekeeping_notify通知timekeeping系統(tǒng)，使用新的clocksource進行時間計數(shù)和更新操作。

?