鴻蒙內核源碼分析(定時器篇) | 內核最高優先級任務是誰?
運作機制
● 軟件定時器，是基于系統Tick時鐘中斷且由軟件來模擬的定時器。當經過設定的Tick數后，會觸發用戶自定義的回調函數。
● 軟件定時器是系統資源，在模塊初始化的時候已經分配了一塊連續內存。
● 軟件定時器使用了系統的一個隊列和一個任務資源，軟件定時器的觸發遵循隊列規則，先進先出。定時時間短的定時器總是比定時時間長的靠近隊列頭，滿足優先觸發的準則。
● 軟件定時器以Tick為基本計時單位，當創建并啟動一個軟件定時器時，鴻蒙會根據當前系統Tick時間及設置的定時時長確定該定時器的到期Tick時間，并將該定時器控制結構掛入計時全局鏈表。
● 當Tick中斷到來時，在Tick中斷處理函數中掃描軟件定時器的計時全局鏈表，檢查是否有定時器超時，
● 若有則將超時的定時器記錄下來。Tick中斷處理函數結束后，軟件定時器任務(優先級為最高)被喚醒，在該任務中調用已經記錄下來的定時器的回調函數。
定時器長什么樣?
- typedef VOID (*SWTMR_PROC_FUNC)(UINTPTR arg);//函數指針, 賦值給 SWTMR_CTRL_S->pfnHandler,回調處理
- typedef struct tagSwTmrCtrl {//軟件定時器控制塊
- SortLinkList stSortList;//通過它掛到對應CPU核定時器鏈表上
- UINT8 ucState; /**< Software timer state *///軟件定時器的狀態
- UINT8 ucMode; /**< Software timer mode *///軟件定時器的模式
- UINT8 ucOverrun; /**< Times that a software timer repeats timing *///軟件定時器重復計時的次數
- UINT16 usTimerID; /**< Software timer ID *///軟件定時器ID,唯一標識,由軟件計時器池分配
- UINT32 uwCount; /**< Times that a software timer works *///軟件定時器工作的時間
- UINT32 uwInterval; /**< Timeout interval of a periodic software timer *///周期性軟件定時器的超時間隔
- UINT32 uwExpiry; /**< Timeout interval of an one-off software timer *///一次性軟件定時器的超時間隔
- #if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
- UINT32 uwCpuid; /**< The cpu where the timer running on *///多核情況下,定時器運行的cpu
- #endif
- UINTPTR uwArg; /**< Parameter passed in when the callback function
- that handles software timer timeout is called *///回調函數的參數
- SWTMR_PROC_FUNC pfnHandler; /**< Callback function that handles software timer timeout */ //處理軟件計時器超時的回調函數
- UINT32 uwOwnerPid; /** Owner of this software timer *///軟件定時器所屬進程ID號
- } SWTMR_CTRL_S;//變量前綴 uc:UINT8 us:UINT16 uw:UINT32
解讀
● 在多CPU核情況下,定時器是跟著CPU走的,每個CPU核都維護著獨立的定時任務鏈表,上面掛的都是CPU核要處理的定時器.
● stSortList的背后是雙向鏈表,這對鉤子在定時器創建的那一刻會鉤到CPU的swtmrSortLink上去.
● pfnHandler定時器時間到了的執行函數,由外界指定.uwArg為回調函數的參數
● ucMode 為定時器模式,軟件定時器提供了三類模式
- 單次觸發定時器，這類定時器在啟動后只會觸發一次定時器事件，然后定時器自動刪除。 周期觸發定時器，這類定時器會周期性的觸發定時器事件，直到用戶手動停止定時器，否則將永遠持續執行下去。 單次觸發定時器，但這類定時器超時觸發后不會自動刪除，需要調用定時器刪除接口刪除定時器。
● ucState 定時器狀態.
- OS_SWTMR_STATUS_UNUSED(定時器未使用) 系統在定時器模塊初始化時，會將系統中所有定時器資源初始化成該狀態。 OS_SWTMR_STATUS_TICKING(定時器處于計數狀態) 在定時器創建后調用LOS_SwtmrStart接口啟動，定時器將變成該狀態，是定時器運行時的狀態。 OS_SWTMR_STATUS_CREATED(定時器創建后未啟動，或已停止) 定時器創建后，不處于計數狀態時，定時器將變成該狀態。
定時器分類
定時器是指從指定的時刻開始，經過一定的指定時間后觸發一個事件，例如定個時間提醒晚上9點準時秒殺。定時器有硬件定時器和軟件定時器之分：
● 硬件定時器是芯片本身提供的定時功能。一般是由外部晶振提供給芯片輸入時鐘，芯片向軟件模塊提供一組配置寄存器，接受控制輸入，到達設定時間值后芯片中斷控制器產生時鐘中斷。硬件定時器的精度一般很高，可以達到納秒級別，并且是中斷觸發方式。
● 軟件定時器是由操作系統提供的一類系統接口，它構建在硬件定時器基礎之上，使系統能夠提供不受數目限制的定時器服務。
鴻蒙內核提供軟件實現的定時器，以時鐘節拍(OS Tick)的時間長度為單位，即定時數值必須是 OS Tick 的整數倍，例如鴻蒙內核默認是10ms觸發一次，那么上層軟件定時器只能是 10ms，20ms，100ms 等，而不能定時為 15ms。
定時器怎么管理?
- LITE_OS_SEC_BSS SWTMR_CTRL_S *g_swtmrCBArray = NULL; /* First address in Timer memory space *///定時器池
- LITE_OS_SEC_BSS UINT8 *g_swtmrHandlerPool = NULL; /* Pool of Swtmr Handler *///用于注冊軟時鐘的回調函數
- LITE_OS_SEC_BSS LOS_DL_LIST g_swtmrFreeList; /* Free list of Software Timer *///空閑定時器鏈表
- typedef struct {//處理軟件定時器超時的回調函數的結構體
- SWTMR_PROC_FUNC handler; /**< Callback function that handles software timer timeout */ //處理軟件定時器超時的回調函數
- UINTPTR arg; /**< Parameter passed in when the callback function
- that handles software timer timeout is called */ //調用處理軟件計時器超時的回調函數時傳入的參數
- } SwtmrHandlerItem;
- 1.
解讀
三個全局變量可知,定時器是通過池來管理,在初始化階段賦值.
● g_swtmrCBArray 定時器池,初始化中一次性創建1024個定時器控制塊供使用
● g_swtmrHandlerPool 回調函數池,回調函數也是統一管理的,申請了靜態內存保存. 池中放的是 SwtmrHandlerItem 回調函數描述符.
● g_swtmrFreeList 空閑可供分配的定時器鏈表,鴻蒙的進程池,任務池,事件池都是這么處理的,沒有印象的自行去 鴻蒙內核源碼分析(總目錄)< OSCHINA | CSDN > 翻看. g_swtmrFreeList上掛的是一個個的 SWTMR_CTRL_S
● 要搞明白 SWTMR_CTRL_S 和 SwtmrHandlerItem的關系,前者是一個定時器,后者是定時器時間到了去哪里干活.
初始化 -> OsSwtmrInit
- #define LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT 1024 // 最大支持的軟件定時器數
- LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsSwtmrInit(VOID)
- {
- UINT32 size;
- UINT16 index;
- UINT32 ret;
- SWTMR_CTRL_S *swtmr = NULL;
- UINT32 swtmrHandlePoolSize;
- UINT32 cpuid = ArchCurrCpuid();
- if (cpuid == 0) {//確保以下代碼塊由一個CPU執行,g_swtmrCBArray和g_swtmrHandlerPool 是所有CPU共用的
- size = sizeof(SWTMR_CTRL_S) * LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT;//申請軟時鐘內存大小
- swtmr = (SWTMR_CTRL_S *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0, size); /* system resident resource */ //常駐內存
- if (swtmr == NULL) {
- return LOS_ERRNO_SWTMR_NO_MEMORY;
- }
- (VOID)memset_s(swtmr, size, 0, size);//清0
- g_swtmrCBArray = swtmr;//軟時鐘
- LOS_ListInit(&g_swtmrFreeList);//初始化空閑鏈表
- for (index = 0; index < LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT; index++, swtmr++) {
- swtmr->usTimerID = index;//按順序賦值
- LOS_ListTailInsert(&g_swtmrFreeList, &swtmr->stSortList.sortLinkNode);//通過sortLinkNode將節點掛到空閑鏈表
- }
- //想要用靜態內存池管理,就必須要使用LOS_MEMBOX_SIZE來計算申請的內存大小,因為需要點前綴內存承載頭部信息.
- swtmrHandlePoolSize = LOS_MEMBOX_SIZE(sizeof(SwtmrHandlerItem), OS_SWTMR_HANDLE_QUEUE_SIZE);//計算所有注冊函數內存大小
- //規劃一片內存區域作為軟時鐘處理函數的靜態內存池。
- g_swtmrHandlerPool = (UINT8 *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem1, swtmrHandlePoolSize); /* system resident resource *///常駐內存
- if (g_swtmrHandlerPool == NULL) {
- return LOS_ERRNO_SWTMR_NO_MEMORY;
- }
- ret = LOS_MemboxInit(g_swtmrHandlerPool, swtmrHandlePoolSize, sizeof(SwtmrHandlerItem));//初始化軟時鐘注冊池
- if (ret != LOS_OK) {
- return LOS_ERRNO_SWTMR_HANDLER_POOL_NO_MEM;
- }
- }
- //每個CPU都會創建一個屬于自己的 OS_SWTMR_HANDLE_QUEUE_SIZE 的隊列
- ret = LOS_QueueCreate(NULL, OS_SWTMR_HANDLE_QUEUE_SIZE, &g_percpu[cpuid].swtmrHandlerQueue, 0, sizeof(CHAR *));//為當前CPU core 創建軟時鐘隊列 maxMsgSize:sizeof(CHAR *)
- if (ret != LOS_OK) {
- return LOS_ERRNO_SWTMR_QUEUE_CREATE_FAILED;
- }
- ret = OsSwtmrTaskCreate();//每個CPU獨自創建屬于自己的軟時鐘任務,統一處理隊列
- if (ret != LOS_OK) {
- return LOS_ERRNO_SWTMR_TASK_CREATE_FAILED;
- }
- ret = OsSortLinkInit(&g_percpu[cpuid].swtmrSortLink);//每個CPU獨自對自己軟時鐘鏈表排序初始化,為啥要排序因為每個定時器的時間不一樣,鴻蒙把用時短的排在前面
- if (ret != LOS_OK) {
- return LOS_ERRNO_SWTMR_SORTLINK_CREATE_FAILED;
- }
- return LOS_OK;
- }
- 1.
代碼解讀:
● 每個CPU核都是獨立處理定時器任務的,所以需要獨自管理.OsSwtmrInit是負責初始化各CPU核定時模塊功能的,注意在多CPU核時,OsSwtmrInit會被多次調用.
● cpuid == 0代表主CPU核, 它最早執行這個函數,所以g_swtmrCBArray和g_swtmrHandlerPool是共用的,系統默認最多支持 1024 個定時器和回調函數.
● 每個CPU核都創建了自己獨立的 LOS_QueueCreate隊列和任務OsSwtmrTaskCreate,并初始化了swtmrSortLink鏈表,關于鏈表排序可前往系列篇總目錄 排序鏈表篇查看.
定時任務 -> 最高優先級
- LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsSwtmrTaskCreate(VOID)
- {
- UINT32 ret, swtmrTaskID;
- TSK_INIT_PARAM_S swtmrTask;
- UINT32 cpuid = ArchCurrCpuid();//獲取當前CPU id
- (VOID)memset_s(&swtmrTask, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S), 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));//清0
- swtmrTask.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)OsSwtmrTask;//入口函數
- swtmrTask.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;//16K默認內核任務棧
- swtmrTask.pcName = "Swt_Task";//任務名稱
- swtmrTask.usTaskPrio = 0;//哇塞! 逮到一個最高優先級的任務 @note_thinking 這里應該用 OS_TASK_PRIORITY_HIGHEST 表示
- swtmrTask.uwResved = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;//分離模式
- #if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
- swtmrTask.usCpuAffiMask = CPUID_TO_AFFI_MASK(cpuid);//交給當前CPU執行這個任務
- #endif
- ret = LOS_TaskCreate(&swtmrTaskID, &swtmrTask);//創建任務并申請調度
- if (ret == LOS_OK) {
- g_percpu[cpuid].swtmrTaskID = swtmrTaskID;//全局變量記錄 軟時鐘任務ID
- OS_TCB_FROM_TID(swtmrTaskID)->taskStatus |= OS_TASK_FLAG_SYSTEM_TASK;//告知這是一個系統任務
- }
- return ret;
- }
- 1.
代碼解讀:
● 內核為每個CPU處理單獨創建任務來處理定時器, 任務即線程, 外界可理解為內核開設了一個線程跑定時器.
● 注意看任務的優先級 swtmrTask.usTaskPrio = 0; 0是最高優先級! 這并不多見! 內核會在第一時間響應軟時鐘任務.
● 系列篇CPU篇中講過每個CPU都有自己的任務鏈表和定時器任務,g_percpu[cpuid].swtmrTaskID = swtmrTaskID; 表示創建的任務和CPU具體核進行了捆綁.從此swtmrTaskID負責這個CPU的定時器處理.
● 定時任務是一個系統任務,除此之外還有哪些是系統任務?
● 任務入口函數OsSwtmrTask ,是任務的執行體,類似于[Java 線程中的run()函數]
● usCpuAffiMask代表這個任務只能由這個CPU核來跑
隊列消費者 -> OsSwtmrTask
- //軟時鐘的入口函數,擁有任務的最高優先級 0 級!
- LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsSwtmrTask(VOID)
- {
- SwtmrHandlerItemPtr swtmrHandlePtr = NULL;
- SwtmrHandlerItem swtmrHandle;
- UINT32 ret, swtmrHandlerQueue;
- swtmrHandlerQueue = OsPercpuGet()->swtmrHandlerQueue;//獲取定時器超時隊列
- for (;;) {//死循環獲取隊列item,一直讀干凈為止
- ret = LOS_QueueRead(swtmrHandlerQueue, &swtmrHandlePtr, sizeof(CHAR *), LOS_WAIT_FOREVER);//一個一個讀隊列
- if ((ret == LOS_OK) && (swtmrHandlePtr != NULL)) {
- swtmrHandle.handler = swtmrHandlePtr->handler;//超時中斷處理函數,也稱回調函數
- swtmrHandle.arg = swtmrHandlePtr->arg;//回調函數的參數
- (VOID)LOS_MemboxFree(g_swtmrHandlerPool, swtmrHandlePtr);//靜態釋放內存,注意在鴻蒙內核只有軟時鐘注冊用到了靜態內存
- if (swtmrHandle.handler != NULL) {
- swtmrHandle.handler(swtmrHandle.arg);//回調函數處理函數
- }
- }
- }
- }
- 1
代碼解讀:
● OsSwtmrTask是任務的執行體,只做一件事,消費定時器回調函數隊列.
● 任務在跑一個死循環,不斷在讀隊列.關于隊列的具體操作不在此處細說,系列篇中已有專門的文章講解,可前往查看.
● 每個CPU核都有屬于自己的定時器回調函數隊列,里面存放的是時間到了回調函數.
● 但隊列的數據怎么來呢? OsSwtmrTask只是在不斷的消費隊列,那生產者在哪里呢? 就是 OsSwtmrScan
隊列生產者 -> OsSwtmrScan
- LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsSwtmrScan(VOID)//掃描定時器,如果碰到超時的,就放入超時隊列
- {
- SortLinkList *sortList = NULL;
- SWTMR_CTRL_S *swtmr = NULL;
- SwtmrHandlerItemPtr swtmrHandler = NULL;
- LOS_DL_LIST *listObject = NULL;
- SortLinkAttribute* swtmrSortLink = &OsPercpuGet()->swtmrSortLink;//拿到當前CPU的定時器鏈表
- swtmrSortLink->cursor = (swtmrSortLink->cursor + 1) & OS_TSK_SORTLINK_MASK;
- listObject = swtmrSortLink->sortLink + swtmrSortLink->cursor;
- //由于swtmr是在特定的sortlink中，所以需要很小心的處理它,但其他CPU Core仍然有機會處理它，比如停止計時器
- /*
- * it needs to be carefully coped with, since the swtmr is in specific sortlink
- * while other cores still has the chance to process it, like stop the timer.
- */
- LOS_SpinLock(&g_swtmrSpin);
- if (LOS_ListEmpty(listObject)) {
- LOS_SpinUnlock(&g_swtmrSpin);
- return;
- }
- sortList = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, SortLinkList, sortLinkNode);
- ROLLNUM_DEC(sortList->idxRollNum);
- while (ROLLNUM(sortList->idxRollNum) == 0) {
- sortList = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, SortLinkList, sortLinkNode);
- LOS_ListDelete(&sortList->sortLinkNode);
- swtmr = LOS_DL_LIST_ENTRY(sortList, SWTMR_CTRL_S, stSortList);
- swtmrHandler = (SwtmrHandlerItemPtr)LOS_MemboxAlloc(g_swtmrHandlerPool);//取出一個可用的軟時鐘處理項
- if (swtmrHandler != NULL) {
- swtmrHandler->handler = swtmr->pfnHandler;
- swtmrHandler->arg = swtmr->uwArg;
- if (LOS_QueueWrite(OsPercpuGet()->swtmrHandlerQueue, swtmrHandler, sizeof(CHAR *), LOS_NO_WAIT)) {
- (VOID)LOS_MemboxFree(g_swtmrHandlerPool, swtmrHandler);
- }
- }
- if (swtmr->ucMode == LOS_SWTMR_MODE_ONCE) {
- OsSwtmrDelete(swtmr);
- if (swtmr->usTimerID < (OS_SWTMR_MAX_TIMERID - LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT)) {
- swtmr->usTimerID += LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT;
- } else {
- swtmr->usTimerID %= LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT;
- }
- } else if (swtmr->ucMode == LOS_SWTMR_MODE_NO_SELFDELETE) {
- swtmr->ucState = OS_SWTMR_STATUS_CREATED;
- } else {
- swtmr->ucOverrun++;
- OsSwtmrStart(swtmr);
- }
- if (LOS_ListEmpty(listObject)) {
- break;
- }
- sortList = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, SortLinkList, sortLinkNode);
- }
- LOS_SpinUnlock(&g_swtmrSpin);
- }
- 1.
代碼解讀:
● OsSwtmrScan 函數是在系統時鐘處理函數 OsTickHandler 中調用的,它就干一件事,不停的比較定時器是否超時
● 一旦超時就把定時器的回調函數扔到隊列中,讓 OsSwtmrTask去消費.
總結
● 定時器池 g_swtmrCBArray 存儲內核所有的定時器,默認1024個,各CPU共享這個池
● 定時器響應函數池g_swtmrHandlerPool 存儲內核所有的定時器響應函數,默認1024個,各CPU也共享這個池
● 每個CPU核都有獨立的任務(線程)來處理定時器, 這個任務叫定時任務
● 每個CPU核都有獨立的響應函數隊列swtmrHandlerQueue,隊列中存放該核時間到了的響應函數SwtmrHandlerItem
● 定時任務的優先級最高,循環讀取隊列swtmrHandlerQueue, swtmrHandlerQueue中存放是定時器時間到了的響應函數.并一一回調這些響應函數.
● OsSwtmrScan負責掃描定時器的時間是否到了,到了就往隊列swtmrHandlerQueue中扔.
● 定時器有多種模式,包括單次,循環.所以循環類定時器的響應函數會多次出現在swtmrHandlerQueue中.
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