11. Timers and Time Management

리눅스 커널에서 '시간'이라는 개념은 중요하다.

  • 많은 수의 커널 루틴들이 event-driven이 아닌 time-drive으로 동작하고 있다.
    • 스케줄러 runqueue의 밸런스를 맞출 때
    • 스크린을 refresh할 때
  • 절대적인 시간 뿐 아니라 상대적인 시간도 관리할 필요가 있다.
    • 절대적인 시간: YY-MM-DD-HH-MM-SS로 이루어지는 시간 (예시: 2017년 7월 11일 오후 1시에 스터디)
    • 상대적인 시간: 기준 시간으로부터 +-로 이루어지는 시간 (예시: 지금으로부터 5초 후에 Disk I/O 발생)
  • 주기적으로 발생하는 일들을 구현하는 것과 미래의 특정한 시간의 일을 스케줄링하는 것을 구현하는 것은 조금 다르다.
    • system timer가 발생시키는 timer interrupt에 의해 주기적으로 event들이 발생한다. 이 때 system time이 갱신된다.
    • dynamic timer는 미래의 특정한 시각에 발생하는 일을 스케줄링할 때 작동한다.
  • Tick Rate: HZ, 초당 몇번의 timer interrupt를 발생시킬 지를 정하는 값
    • architecture dependent
    • 현재 x86 architecture는 100HZ
    • Controversial issue
      • HZ가 높아지면 고해상도의 타이머가 된다. tick의 최소 단위에 의해 발생하는 에러율도 낮아짐
      • 다만 handler를 많이 호출하게 되면서 불필요한 오버헤드 생성 + 전력소모가 커진다
    • Jiffies
      • 전역변수 Jiffies 부팅 때부터 누적 틱값을 저장하고 있다.
      • 32bit 체계에서는 overflow가 생길 수 있으므로 64비트를 이용하는 테크닉을 사용한다.

  • 하드웨어 시계

    • RTC(Real-Time Clock)
      • 비휘발성 저장매체에 시스템의 진짜 시간을 담고 있다.
      • 꺼져도 작은 배터리를 이용하여 계속 시간을 잰다.
      • RTC + BIOS settings
      • 시스템을 부팅할 때 커널이 RTC를 읽어서 wall time을 초기화시키고 xtime에 저장한다.

    • System Timer

      • 주기적으로 interrupt를 발생시켜서 tick 개념을 구현

  • Timer interrupt handler

    • architecture dependent routine + independent routine

    • architecture dependent routine

      • jiffies_64 와 xtime을 보호하기위해 xtime_lock을 잡는다.

      • 주기적으로 wall time을 real time clock에 저장하고 갱신한다

      • architecture independent routine으로 넘어감

    • architecture independent routine

      • jiffies_64 1증가

      • 사용자나 커널에 의해 사용되는 시간 종속적인 정보들을 업데이트

      • dynamic timer를 체크하여 만료된 timer routine을 실행

      • scheduler_tick을 실행

      • xtime(wall time)을 갱신

      • load average를 계산

  • The Time of Day

    • struct timespec xtime

    • sys_gettimeofday

  • Timers (dynamic timer)

    • 일정 시간이 지나면 timer에 달려있는 handler function을 call back
      1. timer_list 변수를 초기화한다.
      2. expires에 delay tick 값을 계산해서 넣어준다.
      3. timer handler function을 매핑한다.
      4. 타이머를 실행한다. (add_timer)
      5. 수정할 때는 mod_timer를 이용한다.
      6. 타이머가 만기되기 전 타이머의 작동을 해제하고 싶을 땐 del_timer를 이용한다.
    • Timer race condition
      • del_timer_sync를 사용하자. 타 프로세서에서 이미 수행 중일지도 모르니까
    • bottom-half context의 softirqs 파트에서 실제로 수행되도록 구현되어 있음
      • update_process_times
      • run_local_timers

  • Delaying Execution

    • Busy looping
      • time_before를 이용하여 while loop에서 busy delay
    • Small delays (smaller than a clock tick)
      • udelay, ndelay, mdelay와 같은 함수들이 지원해준다.
      • 길게 사용하지 말 것 (overflow 조심)
    • schedule_timeout을 이용하여 task를 sleep 시키자.

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