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Linux作為世界上使用最廣泛的開源操作系統(tǒng)之一，其內(nèi)核設(shè)計(jì)優(yōu)良，性能穩(wěn)定。Linux內(nèi)核為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要及時(shí)地處理各種事件，例如輸入輸出操作、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、文件系統(tǒng)讀寫等。而且，在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)時(shí)鐘也會起到關(guān)鍵的作用。因此，Linux內(nèi)核的時(shí)鐘中斷是很重要的，本文就來詳細(xì)講一下Linux中的時(shí)鐘中斷的實(shí)現(xiàn)方式和應(yīng)用。
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一、時(shí)鐘中斷的定義和意義
在計(jì)算機(jī)中，時(shí)鐘（Clock）一般用來指代操作系統(tǒng)中的系統(tǒng)時(shí)鐘。系統(tǒng)時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的一種計(jì)時(shí)器設(shè)備，通常采用硬件時(shí)鐘、定時(shí)器中斷等方式實(shí)現(xiàn)。在Linux系統(tǒng)中，時(shí)鐘中斷是內(nèi)核通過定時(shí)器產(chǎn)生的中斷，用于周期性地定時(shí)執(zhí)行特定的操作，比如重新調(diào)度進(jìn)程、更新系統(tǒng)時(shí)間、CPU負(fù)載均衡、處理時(shí)間片等。在Linux內(nèi)核中，時(shí)鐘中斷標(biāo)志著內(nèi)核的一個時(shí)間值遞增，通常稱為”進(jìn)程時(shí)間”(jiffies)，進(jìn)程時(shí)間的兩次取值，正好相差中斷間隔的時(shí)間間隔1 jiffy。
時(shí)鐘中斷是Linux內(nèi)核的一個重要組成部分，可以說它是Linux系統(tǒng)對于實(shí)時(shí)性的頭等大事。以Linux網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的性能，基本上可以歸結(jié)為兩個方面：一方面是它的處理速度，另一方面就是延遲時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，每一個操作都需要在正確的時(shí)間執(zhí)行，而時(shí)鐘中斷就是實(shí)時(shí)性應(yīng)用的重要保障。
二、時(shí)鐘中斷的實(shí)現(xiàn)方式
由于Linux內(nèi)核在不同的系統(tǒng)硬件中運(yùn)行，因此，時(shí)鐘中斷的實(shí)現(xiàn)方式相對比較復(fù)雜。Linux內(nèi)核采用高精度定時(shí)器（high-resolution timer）來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘中斷。高精度定時(shí)器是Linux內(nèi)核2.6以上版本新添加的功能，高精度的意思是高分辨率，因?yàn)樗粌H分辨率高而且更為精確，精度可以達(dá)到微秒級別以上。
高精度定時(shí)器是由軟件和硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。在軟件中，時(shí)鐘中斷會通過一個稱為timer_list的鏈表來維護(hù)，由timer函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。而硬件方面主要是高精度計(jì)時(shí)器（High-Resolution Timer HRT）的硬件中斷。當(dāng)用戶設(shè)置了一個上限、周期和起始時(shí)間等參數(shù)后，計(jì)時(shí)器將從起始時(shí)間開始向上遞增，當(dāng)遞增到一個周期的長度時(shí)，將觸發(fā)一個時(shí)鐘中斷，而這個中斷就會引發(fā)進(jìn)一步的操作。
三、時(shí)鐘中斷的應(yīng)用實(shí)例
1、表示時(shí)間戳
在處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信時(shí)，每個數(shù)據(jù)包通常附帶著時(shí)間戳。時(shí)間戳是指用來描述某個時(shí)刻時(shí)間的數(shù)字，網(wǎng)卡驅(qū)動程序通過獲取時(shí)間戳，就可以確定網(wǎng)絡(luò)包的接受和發(fā)送時(shí)間，從而來計(jì)算網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包之間的傳輸延遲等。
Linux內(nèi)核和應(yīng)用程序都會用到時(shí)間戳，時(shí)鐘中斷提供了更為準(zhǔn)確和草率的時(shí)間戳，可以用于各種高精度時(shí)間管理的場景。比如，如果用戶希望在每隔1秒鐘的時(shí)間點(diǎn)更新屏幕上的時(shí)間，就可以使用時(shí)鐘中斷。
2、實(shí)現(xiàn)延時(shí)操作
在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，可能需要等待一段時(shí)間后才能執(zhí)行下一步操作，此時(shí)可以通過時(shí)鐘中斷來實(shí)現(xiàn)延時(shí)操作。這種延時(shí)操作被稱為“定時(shí)器（timer）”，它會在指定的時(shí)間（如1s）后喚醒相應(yīng)的事件，執(zhí)行相應(yīng)的操作，定時(shí)器有時(shí)也被稱作喚醒器（wakeup），因?yàn)樗梢栽谝粋€指定時(shí)間內(nèi)喚醒設(shè)備。
3、定時(shí)清理內(nèi)存
Linux系統(tǒng)對內(nèi)存的管理非常重要，因?yàn)閮?nèi)存的不足可以導(dǎo)致系統(tǒng)變得非常緩慢甚至崩潰。為了避免這種情況的發(fā)生，操作系統(tǒng)會定期清理不再使用的內(nèi)存。
在Linux內(nèi)核中，內(nèi)存釋放是通過中斷（或者稱之為“周期性工作”）實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)核通過分配一個“刪除鏈表項(xiàng)”（Deferred Execution List）來管理這些可延時(shí)的函數(shù)，并且將某些函數(shù)添加到鏈表中，這些函數(shù)就會定期地被執(zhí)行，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一個非常典型的例子是定期清理不再使用的內(nèi)存，這對于長時(shí)間運(yùn)行的服務(wù)器來說非常重要。
四、時(shí)鐘中斷的
時(shí)鐘中斷是Linux內(nèi)核的重要組成部分，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起到不可替代的作用。時(shí)鐘中斷常常用于實(shí)時(shí)性應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)傳輸、計(jì)時(shí)、延時(shí)操作和定時(shí)清理等場景。本文詳細(xì)講解了Linux時(shí)鐘中斷的實(shí)現(xiàn)方式以及應(yīng)用場景，可供讀者參考和借鑒。
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內(nèi)核版本可以通過命令:uname -r 看到
至于時(shí)鐘頻率，就要看編滲槐譯內(nèi)核時(shí)選擇的值，如：
最下面橘彎就是配置的100，如果沒有手圓喊悶動更改的話，可以去內(nèi)核的param.h中找到定義
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