浅析Linux中的时间编程和实现原理（三） Linux内核的工作

Per-process ITIMER_VIRTUAL 和 ITIMER_PROF

2.6.12 中合并了 Roland McGrath 的 per-process timer 系列 Patch。使得 itimer.c，posix-timer.c 有了不少改变，还多了一个 posix-cpu-timer.c 文件。虽然代码实现上有很大的不同，但实际上基本的实现思路还是和之前介绍的差不多，不过进一步考虑了对多线程情况下的修正。这里简单介绍一下实现的思路。

每个进程描述符中，引入了两个计数器：utime 和 stime。utime 代表当前进程（也可能是一个线程）花费在用户态的时间。

在时钟中断中，如果内核发现中断时当前进程（线程）正在用户态，则 utime 增加一个 jiffies；如果在内核态则 utime 不增加，stime 增加。总的说来，就是统计好当前进程或线程的运行时间。现在，按下时钟中断暂且不表。

创建 ITIMER_VIRTUAL时 (内核响应函数为do_setitimer)，内核将该 Timer 的value 和 interval 分别设置到当前进程描述符的 signal->it_virt_value 和 signal->it_virt_incr 中。假设一个程序有 2 个线程，Thread1 和 Thread2。内核将有两个进程描述符对应这两个线程，taskStruct1 和 taskStruct2。再假设程序是在 Thread1 中调用 setitimer。那么 taskStrcut1的signal->it_virt_value 和 signal->it_virt_incr 被设置；而 taskStruct2 的相应数据则保持为 0。让我们再回到时钟中断。

统计完 utime 和 stime 之后，时钟中断开始检查当前进程描述符的 signal->it_virt_value 值，如果该值非零，则表明有一个 ITIMER_VITURAL，到期时间为 signal->it_virt_value。老的内核实现在这里就判断 utime 是否大于 it_virt_value，如果大于则表明时钟到期。为了统计多线程情况，从 2.6.12 开始，时钟中断在这里不仅要查看当前进程描述符的 utime，还要加上当前进程组中所有线程的 utime，然后再判断总的 utime 是否大于 signal->it_virt_value。比如前面所假设的例子，Thread2 被时钟中断打断时，统计自己的 utime，但由于其 signal->it_virt_value 为 0，因此没有其他的工作需要做了。当 Thread1 被时钟中断打断时，其 signal->it_virt_value 大于 0，因此中断处理中要遍历线程组中所有的线程，将每个线程的 utime 汇总，即总的 utime=taskStruct1->utime+taskStruct2->utime。再用这个总的 utime 和 signal->it_virt_value（即时钟到期时间）进行比较是否到期。仅此而已。

ITIMER_PROF 的思路类似，但它不仅要比较 utime，还要比较 stime。不再赘述。

Posix timer

从 2.5.63 开始，内核能够支持 posix timer 了，之前，其支持是有限的：只支持 CLOCK_REALTIME 和 CLOCK_MONOTONIC 两种 clock ID。这两种 POSIX Timer 建立在内核动态 Timer 之上，精度是一个 tick。比如，创建 realtime 定时器，内核将调用 init_timer() 创建一个动态 Timer，并制定其到期处理函数位 posix_timer_fn；当启动该定时器时，内核将调用 add_timer() 启动该内核动态 Timer；当该定时器到期时，将触发 posix_timer_fn，该函数采用定时器注册的通知方式进行处理，比如 SIGEV_SIGNAL，该函数就会调用 sigaddset 发送一个信号。

（编辑：佛山站长网）

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