2010年12月7日 星期二

Linux Kernel: 簡介HZ, tick and jiffies


Linux 核心幾個重要跟時間有關的名詞或變數,底下將介紹 HZ、tick 與 jiffies。

HZ
Linux核心每隔固定週期會發出timer interrupt (IRQ 0),HZ是用來定義每一秒有幾次timer interrupts。舉例來說,HZ為1000,代表每秒有1000次timer interrupts。HZ可在編譯核心時設定,如下所示 (以核心版本2.6.20-15為例):

adrian@adrian-desktop:~$ cd /usr/src/linux
adrian@adrian-desktop:/usr/src/linux$ make menuconfig
Processor type and features ---> Timer frequency (250 HZ) --->

其中HZ可設定100、250、300或1000。以小弟的核心版本預設值為250。

小實驗
觀察/proc/interrupt的timer中斷次數,並於一秒後再次觀察其值。理論上,兩者應該相差250左右。

adrian@adrian-desktop:~$ cat /proc/interrupts | grep timer && sleep 1 && cat /proc/interrupts | grep timer
0: 9309306 IO-APIC-edge timer
0: 9309562 IO-APIC-edge timer上面四個欄位分別為中斷號碼、CPU中斷次數、PIC與裝置名稱。


問題來了,timer interrupt會做哪些事情? 答案如下所列:

更新時間、日期與系統從開機至目前經過多少時間 。
更新系統資源使用率統計
檢查正在執行的程序是否已經超過其所分配的執行時間額度。如果是的話,則侵佔(preempt)該程序以利執行其它等待執行的程序。
檢查軟體時間器(Software timer,如alarm系統呼叫)跟時間延遲函式(Delay function)的延遲時間是否已經超過。Tick
Tick是HZ的倒數,意即timer interrupt每發生一次中斷的時間。如HZ為250時,tick為4毫秒 (millisecond)。

Jiffies
Jiffies為Linux核心變數(32位元變數,unsigned long),它被用來紀錄系統自開幾以來,已經過多少的tick。每發生一次timer interrupt,Jiffies變數會被加一。值得注意的是,Jiffies於系統開機時,並非初始化成零,而是被設為-300*HZ (arch/i386/kernel/time.c),即代表系統於開機五分鐘後,jiffies便會溢位。那溢位怎麼辦? 事實上,Linux核心定義幾個macro(timer_after、time_after_eq、time_before與time_before_eq),即便是溢位,也能藉由這幾個macro正確地取得jiffies的內容。
另外,80x86架構定義一個與jiffies相關的變數jiffies_64 ,此變數64位元,要等到此變數溢位可能要好幾百萬年。因此要等到溢位這刻發生應該很難吧。那如何經由jiffies_64取得jiffies資訊呢? 事實上,jiffies被對應至jiffies_64最低的32位元。因此,經由jiffies_64可以完全不理會溢位的問題便能取得jiffies。


reference:http://adrianhuang.blogspot.com/2007/10/linux-kernel-hz-tick-and-jiffies.html

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