沉没大陆

简介

系统时钟控制也是现代操作系统中，必不可少的功能了。

比如说操作系统的Sleep实现，应用层Timer实现，时钟功能，数据包超时重传等功能，全部都是依赖于系统时钟控制。

那么，操作系统是如何知道时间过了1s钟呢？

这一切都要依赖于一个器件: PIT

PIT简介

PIT (Programmable Interval Timer) 可编程间隔定时器

简要来说就是根据设定，每隔固定周期向cpu发一个中断

比如说:我设定PIT的频率 1/100 秒，也就是说PIT一秒会产生100次时钟中断。

如果我需要知道时间是否过了1s，那么我只要每次发生时钟中断就累加一次，当累加到100的时候就是1s了。

PIT初始化

 io_out8(PIT_CTRL, 0x34);
 io_out8(PIT_CNT0, 0x9c);
 io_out8(PIT_CNT0, 0x2e);

数值的设置需要阅读相关硬件手册。

这里时钟设定中断的频率是每秒执行100次。

初始化完PIT后，就可以收到相关中断了。

时钟中断处理函数，我们之前已经注册，最终跳转到 c实现的inthandler20函数中。

超时管理原理

假如说应用层有非常多的时钟需求，比如有等1s，有等10秒的，
有等100s的，那么系统该如何支持呢？

那么怎么做呢？

首先，每个超时的需求我称之为一个定时器。

系统会维护一个变量，暂时称之为累计时间(count)把，就是每次时钟中断都会自增一，按照现在设定也就是一秒增加100次

假如说有这样的一个情况：

• 1.在count = 0时, 应用层需要一个定时器5s后通知他

• 2.到了count = 100时， 应用层需要一个定时器2s后通知

• 3.到了count = 200时， 应用层需要一个定时器4s后通知

那我要怎么做呢？

有人可能会说，我挨个判断呗，在每次中断时候我都判断下，哪个定时器有没有超时。

如果这样的话，在定时器很多的情况下，系统效率会非常慢。

而且判断操作时放在中断函数里面的，中断函数如果放入很多占时间的操作，那么会可能影响其他中断的产生，所以中断函数需要尽量简短。

所以我们用了一种办法：判断最近超时的定时器

以上面的问题为例子

第一次分配(count = 0，分配5s):

第二次分配(count = 100，分配2s):

第二次分配(count = 200，分配4s):

注意观察:我们在每次分配的时候，都计算出该定时器的预期的超时时间。

且对超时时间进行了排序。

那么我在中断函数中，只要判断最近即将超时的定时器，只需要判断一次，大大增加了效率。

实现

这里介绍两个重要的时钟管理结构体：

struct TIMERCTL
{
 unsigned int count, next, using;
 struct TIMER *timers[MAX_TIMER];
 struct TIMER timers0[MAX_TIMER];
};

count: 累计计数器

next: 下一个超时时间

using: 当前活动的定时器数量

timers: 定时器结构指针数组

(TIMER指针有序数组,排序的时候只移动指针,增加效率)

timers0 定时器结构数组

以及单个时钟结构体：

struct TIMER
{
 unsigned int timeout, flags;
 struct FIFO8 *fifo;
 unsigned char data;
};

timeout: 相对于当前时间的预定时刻

flags: 记录定时器状态

fifo: 定时器队列指针

data: 定时器数据

首先时钟管理表中count成员在每次中断执行后都会自加一，而next是记录下一个即将超时的时钟。

同之前的相关管理表，timers是用来排序的指针数组，而timers0用来分配需要管理的超时时钟。

这里最大时钟数量被指定为500个。

而在单个时钟结构结构体中，timeout是在执行超时设置的操作后，加上count的时间，可以理解为超时时刻。

在时钟中断中一旦发现有时钟超时，那么就向时钟指定的FIFO队列里，写入由data指定的数据，也就是通知该线程。

需要注意的时，每次分配定时器(TIMER)的时候，然后在timers的指针数组中按照timeout的大小进行排序。

相关算法是是进行移位算法，因为是指针的移动，所以移动的总量并非很大。