浅析Linux中的时间编程和实现原理（三） Linux内核的工作

ITIMER_REAL 是用内核动态 Timer 来实现的，每次创建 ITIMER_REAL 时钟时，内核调用 init_timer 创建一个定时器对象，并用 add_timer 将该定时器添加到系统 Timer 时间轮中，该定时器的到期处理函数被设定为 it_real_fn()。此函数将向当前进程发送 SIGALRM 信号，并重新调用 add_timer() 重新启动自身。这样便实现了 ITIMER_REAL 时钟。进程描述符中的 it_real_value 仅用于读取，以便用户通过 /proc 读取时钟信息。

另外两种间隔 Timer 则不能简单地依靠动态 Timer 来实现。因为它们参照的是进程的时间而非实时时间，因此要依赖进程的时间统计。实现原理如下：

每次时钟中断产生时，内核判断中断触发时进程是否正处于内核态，如果在内核态，则将 it_prof_value 和 it_virt_value 都减一；如果在用户态，则只对 it_prof_value 减一，而 it_virt_value 不变。当 it_prof_value 为 0 时，对当前进程发送 SIGPROF 信号，并把 it_prof_incr 的值重新填入 it_prof_value，等待下次到期触发。当 it_virt_value为 0 时，则对当前进程发送 SIGVTALRM 信号，并用it_virt_incr的值重新填充 it_virt_value。这样就实现了 POSIX 对 setitimer 所定义的 ITIMER_VIRTUAL 和 ITIMER_PROF 时钟。

不过这种实现有一个问题：在 Linux 中线程是一个单独的调度实体，即轻量级进程。因此一个进程中的每个线程都拥有自己的进程描述符。这意味着每个线程都有自己的 it_virt_value 和 it_prof_value。因此 ITIMER_VIRTUAL，ITIMER_PROF 的计时范围是 per-thread，而 POSIX 规定间隔 Timer 必须是 per-process 的。

比如某进程有 2 个线程，现在建立一个 2 秒到期的 ITIMER_VIRTUAL，假设第一个线程得到了 1 秒的 CPU 时间，此时线程 2 也得到了 1 秒的 CPU 时间。按照 POSIX 标准，此时定时器应该到期。但是根据我们前面所描述的原理，这个时候 ITIMER_VIRTUAL 并没有被触发。如果是在 Thread1 中调用 setitimer，则线程 2 的进程描述符中 it_virt_value 为 0，线程 1 进程描述符中的 it_virt_value 此时为 1 秒，还没有到期，因此进程则必须等到线程 1 运行到 2 秒才能触发这个定时器。这不符合 POSIX 标准，因此从 2.6.12 开始，对上述基本实现进行了一定的改进，虽然从原理上说，这个改进很小，但代码却有比较大的改变。

（编辑：佛山站长网）

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