Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Наиболее простое для реализации (хотя обычно не оптимальное) решение — это использование задержки с помощью цикла или ожидания в состоянии занятости ( busy loop , busy waiting ). Эта техника работает, только если интервал времени задержки является кратным периоду системного таймера или когда точность не очень важна.

Идея проста — выполнить постоянный цикл, пока не будет получено необходимое количество импульсов системного таймера, как в следующем примере.

unsigned long delay = jiffies + 10; /* десять импульсов таймера */

while (time_before(jiffies, delay))

;

Цикл будет выполняться, пока значение переменной jiffiesне станет больше, чем значение переменной delay, что может произойти только после того, как будут получены 10 импульсов системного таймера. Для аппаратной платформы x86 со значением параметра HZ, равным 1000, этот интервал равен 10 миллисекунд.

Аналогично можно поступить следующим образом.

unsigned long delay = jiffies + 2*HZ; /* две секунды */

while (time_before(jiffies, delay))

;

В этом случае цикл будет выполняться, пока не поступит 2*HZимпульсов системного таймера, что всегда равно 2 секундам, независимо от частоты системного таймера.

Такой подход не очень хорош для всей системы. Пока код ожидает, процессор загружен выполнением бесполезного цикла и никакой полезной работы при этом не выполняется! На самом деле к такому "глупому" подходу нужно прибегать по возможности реже, и он показан здесь, потому что является понятным и простым способом осуществить задержку. Его можно встретить в чьем-нибудь не очень хорошем коде.

Лучшим решением является перепланирование для того, чтобы процессор мог выполнить полезную работу, пока ваш код ожидает:

unsigned long delay = jiffies + 5*HZ;

while (time_before(jiffies, delay))

cond_resched();

Вызов функции cond_resched()планирует выполнение другого процесса, но только в случае, если установлен флаг need_resched. Другими словами, данное решение позволяет активизировать планировщик, но только в случае, когда есть более важное задание, которое нужно выполнить. Следует обратить внимание, что. поскольку используется планировщик, такое решение нельзя применять в контексте прерывания, а только в контексте процесса. Задержки лучше использовать только в контексте процесса, поскольку обработчики прерываний должны выполняться по возможности быстро (а цикл задержки не дает такой возможности!). Более того, любые задержки выполнения, по возможности, не должны использоваться при захваченных блокировках и при запрещенных прерываниях.

Поклонники языка С могут поинтересоваться, какие есть гарантии, что указанные циклы будут действительно выполняться? Обычно компилятор С может выполнить чтение указанной переменной всего один раз. В обычной ситуации нет никакой гарантии, что переменная jiffiesбудет считываться на каждой итерации цикла. Нам же необходимо, чтобы значение переменной jiffiesсчитывалось на каждой итерации цикла, так как это значение увеличивается в другом месте, а именно в прерывании таймера. Именно поэтому данная переменная определена в файле с атрибутом volatile. Ключевое слово volatileуказывает компилятору, что эту переменную необходимо считывать из того места, где она хранится в оперативной памяти, и никогда не использовать копию, хранящуюся в регистре процессора. Это гарантирует, что указанный цикл выполнится, как и ожидается.

Иногда коду ядра (и снопа обычно драйверам) необходимы задержки на очень короткие интервалы времени (короче, чем период системного таймера), причем интервал должен отслеживаться с достаточно высокой точностью. Это часто необходимо для синхронизации с аппаратным обеспечением, для которого описано некоторое минимальное время выполнения действий, и которое часто бывает меньше одной миллисекунды. В случае таких малых значений времени невозможно использовать задержки на основании переменной jiffies, как показано в предыдущем примере. При частоте системного таймера, равной 100 Гц, значение периода системного таймера достаточно большое — 10 миллисекунд! Даже при частоте системного таймера 1000 Гц, период системного таймера равен одной миллисекунде. Ясно, что необходимо другое решение, которое обеспечивает более короткие и точные задержки.

Ядро предоставляет две функции для обеспечения микросекундных и миллисекундных задержек, которые определены в файле и не используют переменную jiffies.

void udelay(unsigned long usecs);

void mdelay(unsigned long msecs);

Первая функция позволяет задержать выполнение на указанное количество микросекунд с использованием цикла. Вторая функция задерживает выполнение на указанное количество миллисекунд. Следует вспомнить, что одна секунда равна 1000 миллисекундам, что эквивалентно 1000000 микросекунд . Использование этих функций тривиально.

udelay(150); /* задержка на 150 μs */

Функция udelay()выполнена на основе цикла, для которого известно, сколько итераций необходимо выполнить за указанный период времени. Функция mdelay()выполнена на основе функции udelay(). Так как в ядре известно, сколько циклов процессор может выполнить в одну секунду (смотрите ниже замечание по поводу характеристики BogoMlPS), функция udelay()просто масштабирует это значение для того, чтобы скорректировать количество итераций цикла для получения указанной задержки.

Характеристика BogoMlPS всегда была источником недоразумений и шуток. На самом деле вычисленное значение BogoMlPS не имеет ничего общего с производительностью компьютера и используется только для функций udelay()и mdelay(). Название этого параметра состоит из двух частей bogus (фиктивный) и MIPS (million of instructions per second, миллион инструкций в секунду). Все знакомы с сообщением, которое выдается при загрузке системы и похоже на следующее (данное сообщение соответствует процессору Pentium III с частотой 1 ГГц).

Detected 1004.932 MHz processor.

Calibrating delay loop... 1990.65 BogoMlPS

Значение параметра BogoMIPS - это количество циклов, которые процессор может выполнить за указанный период времени, В действительности эта характеристика показывает, насколько быстро процессор может ничего не делать! Это значение хранится в переменной loops_per_jiffy, и его можно считать из файла /proc/cpuinfo.

Функции, использующие циклы задержки, используют данное значение, чтобы вычислить (и это получается достаточно точно), сколько итераций цикла необходимо выполнить, чтобы обеспечить необходимую задержку.

Ядро вычисляет значение переменной loops_per_jiffyпри загрузке системы в функции calibrate_delay(), реализация которой описана в файле init/main.c.