linux定时器中断
‘壹’ linux 时钟中断 哪个定时器
一． Linux的硬件时间
PC机中的时间有三种硬件时钟实现，这三种都是基于晶振产生的方波信号输入。这三种时钟为：（1）实时时钟RTC ( Real Time Clock) （2）可编程间隔器PIT(Programmable Interval Timer )（3）时间戳计数器TSC(Time Stamp Clock)
1. 实时时钟 RTC
用于长时间存放系统时间的设备，即时关机后也可依靠主板CMOS电池继续保持系统的计时，原理图如下：
Note: Linux与RTC的关系是,当Linux启动时从RTC读取时间和日期的基准值，然后在Kernel运行期间便抛开RTC，以软件的形式维护系统的时间日期，并在适当时机由Kernel将时间写回RTC Register.
1.1 RTC Register
(1). 时钟与日历Register
共10个，地址：0x00-0x09,分别用于保存时间日历的具体信息，详情如下：
00 Current Second for RTC
01 Alarm Second
02 Current Minute
03 Alarm Minute
04 Current Hour
05 Alarm Hour
06 Current Day of Week(1=Sunday)
07 Current Date of Month
08 Current Month
09 Current Year
(2).状态和控制Register
共四个，地址：0x0a-0x0d,控制RTC芯片的工作方式，并表示当前状态。
l 状态RegisterA , 0x0A 格式如下：
bit［7］——UIP标志（Update in Progress），为1表示RTC正在更新日历寄存器组中的值，此时日历寄存器组是不可访问的（此时访问它们将得到一个无意义的渐变值）。
bit［6：4］——这三位是用来定义RTC的操作频率。各种可能的值如下：
DV2 DV1 DV0
0 0 0 4.194304 MHZ
0 0 1 1.048576 MHZ
0 1 0 32.769 KHZ
1 1 0/1 任何
PC机通常设置成“010”。
bit［3：0］——速率选择位（Rate Selection bits），用于周期性或方波信号输出。
RS3 RS2 RS1 RS0 周期性中断 方波 周期性中断 方波
0 0 0 0 None None None None
0 0 0 1 30.517μs 32.768 KHZ 3.90625ms 256 HZ
0 0 1 0 61.035μs 16.384 KHZ
0 0 1 1 122.070μs 8.192KHZ
0 1 0 0 244.141μs 4.096KHZ
0 1 0 1 488.281μs 2.048KHZ
0 1 1 0 976.562μs 1.024KHZ
0 1 1 1 1.953125ms 512HZ
1 0 0 0 3.90625ms 256HZ
1 0 0 1 7.8125ms 128HZ
1 0 1 0 15.625ms 64HZ
1 0 1 1 31.25ms 32HZ
1 1 0 0 62.5ms 16HZ
1 1 0 1 125ms 8HZ
1 1 1 0 250ms 4HZ
1 1 1 1 500ms 2HZ
PC机BIOS对其默认的设置值是“0110”
l 状态Register B , 0x0B 格式如下：
bit［7］——SET标志。为1表示RTC的所有更新过程都将终止，用户程序随后马上对日历寄存器组中的值进行初始化设置。为0表示将允许更新过程继续。
bit［6］——PIE标志，周期性中断enable标志。
bit［5］——AIE标志，告警中断enable标志。
bit［4］——UIE标志，更新结束中断enable标志。
bit［3］——SQWE标志，方波信号enable标志。
bit［2］——DM标志，用来控制日历寄存器组的数据模式，0＝BCD，1＝BINARY。BIOS总是将它设置为0。
bit［1］——24／12标志，用来控制hour寄存器，0表示12小时制，1表示24小时制。PC机BIOS总是将它设置为1。
bit［0］——DSE标志。BIOS总是将它设置为0。
l 状态Register C，0x0C 格式如下：
bit［7］——IRQF标志，中断请求标志，当该位为1时，说明寄存器B中断请求 发生。
bit［6］——PF标志，周期性中断标志，为1表示发生周期性中断请求。
bit［5］——AF标志，告警中断标志，为1表示发生告警中断请求。
bit［4］——UF标志，更新结束中断标志，为1表示发生更新结束中断请求。
l 状态Register D，0x0D 格式如下：
bit［7］——VRT标志（Valid RAM and Time），为1表示OK，为0表示RTC 已经掉电。
bit［6：0］——总是为0，未定义。
2.可编程间隔定时器 PIT
每个PC机中都有一个PIT，以通过IRQ0产生周期性的时钟中断信号,作为系统定时器 system timer。当前使用最普遍的是Intel 8254 PIT芯片，它的I/O端口地址是0x40~0x43。
Intel 8254 PIT有3个计时通道，每个通道都有其不同的用途：
（1） 通道0用来负责更新系统时钟。每当一个时钟滴答过去时，它就会通过IRQ0向 系统 产生一次时钟中断。
（2） 通道1通常用于控制DMAC对RAM的刷新。
（3） 通道2被连接到PC机的扬声器，以产生方波信号。
每 个通道都有一个向下减小的计数器，8254 PIT的输入时钟信号的频率是1.193181MHZ，也即一秒钟输入1193181个clock-cycle。每输入一个clock-cycle其时间 通道的计数器就向下减1，一直减到0值。因此对于通道0而言，当他的计数器减到0时，PIT就向系统产生一次时钟中断，表示一个时钟滴答已经过去了。计数 器为16bit,因此所能表示的最大值是65536，一秒内发生的滴答数是：1193181/65536=18.206482.
PIT的I/O端口：
0x40 通道0 计数器 Read/Write
0X41 通道1计数器 Read/Write
0X42 通道2计数器 Read/Write
0X43 控制字 Write Only
Note: 因PIT I/O端口是8位，而PIT相应计数器是16位，因此必须对PIT计数器进行两次读写。
8254 PIT的控制寄存器（0X43）的格式如下：
bit[7:6] — 通道选择位：00 ，通道0；01，通道1；10，通道2；11，read-back command,仅8254。
bit[5:4] – Read/Write/Latch锁定位，00,锁定当前计数器以便读取计数值；01，只读高字节；10，只读低字节；11，先高后低。
bit[3:1] – 设定各通道的工作模式。
000 mode0 当通道处于count out 时产生中断信号,可用于系统定时
001 mode1 Hardware retriggerable one-shot
010 mode2 Rate Generator。产生实时时钟中断,通道0通常工作在这个模式下
011 mode3 方波信号发生器
100 mode4 Software triggered strobe
101 mode5 Hardware triggered strobe
3. 时间戳计数器 TSC
从Pentium开始，所有的Intel 80x86 CPU就都包含一个64位的时间戳记数器（TSC）的寄存器。该寄存器实际上是一个不断增加的计数器，它在CPU的每个时钟信号到来时加1（也即每一个clock-cycle输入CPU时，该计数器的值就加1）。
汇编指令rdtsc可以用于读取TSC的值。利用CPU的TSC，操作系统通常可以得到更为精准的时间度量。假如clock-cycle的频率是400MHZ，那么TSC就将每2.5纳秒增加一次。
二． Linux时钟中断处理程序
1． 几个概念
（1）时钟周期（clock cycle）的频率：8253／8254 PIT的本质就是对由晶体振荡器产生的时钟周期进行计数，晶体振荡器在1秒时间内产生的时钟脉冲个数就是时钟周期的频率。Linux用宏 CLOCK_TICK_RATE来表示8254 PIT的输入时钟脉冲的频率（在PC机中这个值通常是1193180HZ），该宏定义在include/asm-i386/timex.h头文件中
#define CLOCK_TICK_RATE 1193180 kernel=2.4 &2.6
（2）时钟滴答（clock tick）：当PIT通道0的计数器减到0值时，它就在IRQ0上产生一次时钟中断，也即一次时钟滴答。PIT通道0的计数器的初始值决定了要过多少时钟周期才产生一次时钟中断，因此也就决定了一次时钟滴答的时间间隔长度。
（3）时钟滴答的频率（HZ）：1秒时间内PIT所产生的时钟滴答次数。 这个值也由PIT通道0的计数器初值决定的.Linux内核用宏HZ来表示时钟滴答的频率，而且在不同的平台上HZ有不同的定义值。对于ALPHA和 IA62平台HZ的值是1024，对于SPARC、MIPS、ARM和i386等平台HZ的值都是100。该宏在i386平台上的定义如下 （include/asm-i386/param.h）：
#define HZ 100 kernel=2.4
#define HZ CONFIG_HZ kernel=2.6
（4）宏LATCH：定义要写到PIT通道0的计数器中的值，它表示PIT将隔多少个时钟周期产生一次时钟中断。公式计算：
LATCH＝（1秒之内的时钟周期个数）÷（1秒之内的时钟中断次数）＝（CLOCK_TICK_RATE）÷（HZ）
定义在<include/linux/timex.h>
#define LATCH ((CLOCK_TICK_RATE + HZ/2) / HZ)
(5)全局变量jiffies:用于记录系统自启动以来产生的滴答总数。启动时，kernel将该变量初始为0，每次时钟中断处理程序timer_interrupt()将该变量加1。因为一秒钟内增加的时钟中断次数等于Hz，所以jiffies一秒内增加的值也是Hz。由此可得系统运行时间是jiffies/Hz 秒。
jiffies定义于<linux/jiffies.h>中：
extern unsigned long volatile jiffies;
Note:在kernel 2.4，jiffies是32位无符号数；kernel 2.6，jiffies是64位无符号数。
（6）全局变量xtime: 结构类型变量，用于表示当前时间距UNIX基准时间1970-01-01 00：00：00的相对秒数值。当系统启动时，Kernel通过读取RTC Register中的数据来初始化系统时间（wall_time）,该时间存放在xtime中。
void __init time_init (void) {
... ...
xtime.tv_sec = get_cmos_time ();
xtime.tv_usec = 0;
... ... }
Note：实时时钟RTC的最主要作用便是在系统启动时用来初始化xtime变量。
2.Linux的时钟中断处理程序
Linux下时钟中断处理由time_interrupt() 函数实现，主要完成以下任务：
l 获得xtime_lock锁，以便对访问的jiffies_64 (kernel2.6)和 xtime进行保护
l 需要时应答或重新设置系统时钟。
l 周期性的使用系统时间（wall_time）更新实时时钟RTC
l 调用体系结构无关的时钟例程：do_timer()。
do_timer()主要完成以下任务：
l 更新jiffies；
l 更新系统时间（wall_time）,该时间存放在xtime变量中
l 执行已经到期的动态定时器
l 计算平均负载值
void do_timer(unsigned long ticks)
{
jiffies_64 += ticks;
update_process_times(user_mode(regs));
update_times (ticks);
}
static inline void update_times(unsigned long ticks)
{
update_wall_time ();
calc_load (ticks);
}
time_interrupt ()：
static void timer_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) {
int count;
write_lock (&xtime_lock); //获得xtime_lock锁
if(use_cyclone)
mark_timeoffset_cyclone();
else if (use_tsc) {
rdtscl(last_tsc_low); //读TSC register到last_tsc_low
spin_lock (&i8253_lock); //对自旋锁i8253_lock加锁，对8254PIT访问
outb_p (0x00, 0x43);
count = inb_p(0x40);
count |= inb(0x40) << 8;
if (count > LATCH) {
printk (KERN_WARNING "i8253 count too high! resetting../n");
outb_p (0x34, 0x43);
outb_p (LATCH & 0xff, 0x40);
outb(LATCH >> 8, 0x40);
count = LATCH - 1;
}
spin_unlock (&i8253_lock);
if (count = = LATCH) {
count- -;
}
count = ((LATCH-1) - count) * TICK_SIZE;
delay_at_last_interrupt = (count + LATCH/2) / LATCH;
} //end use_tsc
do_timer_interrupt (irq, NULL, regs);
write_unlock(&xtime_lock);
}//end time_interrupt
do_timer_interrupt():
static inline void do_timer_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
……
do_timer(regs);
if((time_status & STA_UNSYNC)= =0&&xtime.tv_sec> last_rtc_update + 660 && xtime.tv_usec >= 500000 - ((unsigned) tick) / 2 && xtime.tv_usec <= 500000 + ((unsigned) tick) / 2) {
if (set_rtc_mmss(xtime.tv_sec) == 0)
last_rtc_update = xtime.tv_sec;
else
last_rtc_update = xtime.tv_sec - 600;
……
}
do_timer_interrupt()主要完成：调用do_timer()和判断是否需要更新CMOS时钟。更新CMOS时钟的条件如下：三个须同时成立
1.系统全局时间状态变量time_status中没有设置STA_UNSYNC标志，即Linux没有设置外部同步时钟（如NTP）
2.自从上次CMOS时钟更新已经过去11分钟。全局变量last_rtc_update保存上次更新CMOS时钟的时间.
3.由于RTC存在Update Cycle，因此应在一秒钟间隔的中间500ms左右调用set_rtc_mmss()函数，将当前时间xtime.tv_sec写回RTC中。
Note. Linux kernel 中定义了一个类似jiffies的变量wall_jiffies，用于记录kernel上一次更新xtime时，jiffies的值。
Summary： Linux kernel在启动时，通过读取RTC里的时间日期初始化xtime，此后由kernel通过初始PIT来提供软时钟。
时钟中断处理过程可归纳为：系统时钟system timer在IRQ0上产生中断；kernel调用time_interrupt()；time_interrupt()判断系统是否使用TSC，若使用 则读取TSC register;然后读取PIT 通道0的计数值；调用do_time_interrupt(),实现系统时间更新.
‘贰’ 内核定时器 jiffies的时间是多少
首先，你这样问，说明你不理解jiffies,jiffies应该说不是时间，jiffies的增加，是根据HZ的值变化而变化的。以时下linux kernel来说：1s=jiffies/HZ(即1秒=jiffies/HZ)；在asm_i386中,HZ被定义为一个常，且为1000.一般在内核中定义超时是这样用，如:xxx_timer.expires = jiffies+HZ/100;这个定义表示超时时间为10ms，如果超过个时间就处理中断函数或者做你想做的事.当然HZ的分母你可以定为别的数。如HZ/1000等.
‘叁’ Linux中断与定时器
所谓中断是指CPU在执行程序的过程中，出现了某些突发事件急待处理，CPU必须暂停当前程序的执行，转去处理突发事件，处理完毕后又返回原程序被中断的位置继续执行。根据中断的来源，中断可分为内部中断和外部中断，内部中断的中断源来自CPU内部（软件中断指令、溢出、除法错误等，例如，操作系统从用户态切换到内核态需借助CPU内部的软件中断），外部中断的中断源来自CPU外部，由外设提出请求。根据中断是否可以屏蔽，中断可分为可屏蔽中断与不可屏蔽中断（NMI），可屏蔽中断可以通过设置中断控制器寄存器等方法被屏蔽，屏蔽后，该中断不再得到响应，而不可屏蔽中断不能被屏蔽。
根据中断入口跳转方法的不同，中断可分为向量中断和非向量中断。采用向量中断的CPU通常为不同的中断分配不同的中断号，当检测到某中断号的中断到来后，就自动跳转到与该中断号对应的地址执行。不同中断号的中断有不同的入口地址。非向量中断的多个中断共享一个入口地址，进入该入口地址后，再通过软件判断中断标志来识别具体是哪个中断。也就是说，向量中断由硬件提供中断服务程序入口地址，非向量中断由软件提供中断服务程序入口地址。
嵌入式系统以及x86PC中大多包含可编程中断控制器（PIC），许多MCU内部就集成了PIC。如在80386中，PIC是两片i8259A芯片的级联。通过读写PIC的寄存器，程序员可以屏蔽/使能某中断及获得中断状态，前者一般通过中断MASK寄存器完成，后者一般通过中断PEND寄存器完成。定时器在硬件上也依赖中断来实现，典型的嵌入式微处理器内可编程间隔定时器（PIT）的工作原理，它接收一个时钟输入，当时钟脉冲到来时，将目前计数值增1并与预先设置的计数值（计数目标）比较，若相等，证明计数周期满，并产生定时器中断且复位目前计数值。
‘肆’ 调度算法的linux进程调度算法
linux内核的三种调度方法：
1. SCHED_OTHER 分时调度策略，
2. SCHED_FIFO实时调度策略，先到先服务
3. SCHED_RR实时调度策略，时间片轮转
实时进程将得到优先调用，实时进程根据实时优先级决定调度权值，分时进程则通过nice和counter值决
定权值，nice越小，counter越大，被调度的概率越大，也就是曾经使用了cpu最少的进程将会得到优先调
度。
SHCED_RR和SCHED_FIFO的不同：
当采用SHCED_RR策略的进程的时间片用完，系统将重新分配时间片，并置于就绪队列尾。放在队列
尾保证了所有具有相同优先级的RR任务的调度公平。
SCHED_FIFO一旦占用cpu则一直运行。一直运行直到有更高优先级任务到达或自己放弃。
如果有相同优先级的实时进程（根据优先级计算的调度权值是一样的）已经准备好，FIFO时必须等待该
进程主动放弃后才可以运行这个优先级相同的任务。而RR可以让每个任务都执行一段时间。
SHCED_RR和SCHED_FIFO的相同点：
SHCED_RR和SHCED_FIFO都只用于实时任务。
创建时优先级大于0(1-99)。
按照可抢占优先级调度算法进行。
就绪态的实时任务立即抢占非实时任务。
所有任务都采用linux分时调度策略时。
1. 创建任务指定采用分时调度策略，并指定优先级nice值(-20~19)。
2. 将根据每个任务的nice值确定在cpu上的执行时间(counter)。
3. 如果没有等待资源，则将该任务加入到就绪队列中。
4. 调度程序遍历就绪队列中的任务，通过对每个任务动态优先级的计算(counter+20-nice)结果，选择
计算结果最大的一个去运行，当这 个时间片用完后(counter减至0)或者主动放弃cpu时，该任务将被放在
就绪队列末尾(时间片用完)或等待队列(因等待资源而放弃cpu)中。
5. 此时调度程序重复上面计算过程，转到第4步。
6. 当调度程序发现所有就绪任务计算所得的权值都为不大于0时，重复第2步。
所有任务都采用FIFO时:
1. 创建进程时指定采用FIFO，并设置实时优先级rt_priority(1-99)。
2. 如果没有等待资源，则将该任务加入到就绪队列中。
3. 调度程序遍历就绪队列，根据实时优先级计算调度权值(1000+rt_priority),选择权值最高的任务使用
cpu，该FIFO任务将一直占有cpu直到有优先级更高的任务就绪(即使优先级相同也不行)或者主动放弃(等
待资源)。
4. 调度程序发现有优先级更高的任务到达(高优先级任务可能被中断或定时器任务唤醒，再或被当前运行
的任务唤醒，等等)，则调度程序立即在当前任务 堆栈中保存当前cpu寄存器的所有数据，重新从高优先级
任务的堆栈中加载寄存器数据到cpu，此时高优先级的任务开始运行。重复第3步。
5. 如果当前任务因等待资源而主动放弃cpu使用权，则该任务将从就绪队列中删除，加入等待队列，此时
重复第3步。
所有任务都采用RR调度策略时
1. 创建任务时指定调度参数为RR，并设置任务的实时优先级和nice值(nice值将会转换为该任务的时间片
的长度)。
2. 如果没有等待资源，则将该任务加入到就绪队列中。
3. 调度程序遍历就绪队列，根据实时优先级计算调度权值(1000+rt_priority),选择权值最高的任务使用
cpu。
4. 如果就绪队列中的RR任务时间片为0，则会根据nice值设置该任务的时间片，同时将该任务放入就绪队
列的末尾。重复步骤3。
5. 当前任务由于等待资源而主动退出cpu，则其加入等待队列中。重复步骤3。
系统中既有分时调度，又有时间片轮转调度和先进先出调度
1. RR调度和FIFO调度的进程属于实时进程，以分时调度的进程是非实时进程。
2. 当实时进程准备就绪后，如果当前cpu正在运行非实时进程，则实时进程立即抢占非实时进程。
3. RR进程和FIFO进程都采用实时优先级做为调度的权值标准，RR是FIFO的一个延伸。FIFO时，如果两
个进程的优先级一样，则这两个优先 级一样的进程具体执行哪一个是由其在队列中的未知决定的，这样导
致一些不公正性(优先级是一样的，为什么要让你一直运行?),如果将两个优先级一样的任务 的调度策略都
设为RR,则保证了这两个任务可以循环执行，保证了公平。
‘伍’ Linux编程itimerval计时器结构体问题
楼主的程序没有用 signal 注册 SIGPROC 对应函数，在 for 循环的时候可能已经发生了多次中断和重置计时器。至于比1秒大，手册中有解释 Timers will never expire before the requested time, but may expire some (short) time afterward, which depends on the system timer resolution and on the system load; see time(7).
要在1秒间隔调用一个函数，需要加上 signal，比如
#include<signal.h>
#include<sys/time.h>
#include<stdio.h>
#include<time.h>
staticstructitimervala;
voidtimeover(intevent)
{
structitimervalb;
printf("timeoverat%ld ",time(NULL));
getitimer(ITIMER_PROF,&b);
printf("sec=%ld,usec=%ld ",b.it_value.tv_sec,b.it_value.tv_usec);
}
intmain()
{
signal(SIGPROF,timeover);
printf("beginat%ld ",time(NULL));
a.it_interval.tv_sec=1;
a.it_interval.tv_usec=0;
a.it_value.tv_sec=1;
a.it_value.tv_usec=0;
setitimer(ITIMER_PROF,&a,NULL);
while(1);
return0;
}
‘陆’ linux中定义定时关机后不能操作吗我按Ctrl+c就好像没有定时效果了呢
可以操作的，不过Ctrl+C是信号中断，跟windows上ctrl+shift换输入法一个道理，都是一种信号，ctrl+c则是linux下的消息中断，执行终止当前操作。
‘柒’ linux网络编程，epoll_wait为什么会被定时信号SIGALRM唤醒
这个函数被信号中断就会返回-1的，系统调用约定就这样，我man了一下，有这么一句：
EINTR
The
call
was
interrupted
by
a
signal
handler
before
any
of
the
requested
events
occurred
or
the
timeout
expired;
see
signal(7).
即调用被信号打断，返回-1，errno被设置为EINTR
‘捌’ Linux下的定时器，怎么用
数为秒数，在经过指定秒数后，alarm会发出一个SIGALRM信号
singal函数用来绑定信号处理器函数，这里绑定的是timer，被绑定的函数必须固定为返回值void、参数int.
只需要alarm（时间）就设置了，可能由于getchar需要进入中断导致信号被挂起所以没反应，可以试试把getchar换成别的东西来延时看看。
关于更多Linux的学习，请查阅书籍《linux就该这么学》。