fs/timerfd.c内核分析
/** fs/timerfd.c
*
* Copyright (C) 2007 Davide Libenzi<davidel@xmailserver.org>
*
*
* Thanks to Thomas Gleixner for code reviews and useful comments.
*
*/
#include <linux/file.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/list.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/time.h>
#include <linux/hrtimer.h>
#include <linux/anon_inodes.h>
#include <linux/timerfd.h>
#include <linux/syscalls.h>
struct timerfd_ctx {
struct hrtimer tmr;
ktime_t tintv;
wait_queue_head_t wqh;
u64 ticks;
int expired;
int clockid;
};
//该函数是timerfd的定时器超时函数。在timerfd超时时，该函数会设置定时器
//超时标记位；增加定时器超时次数（在设置定时器循环模式时，可能会出现多//次超时没有被处理的情况）；唤醒一个等待队列，从而唤醒可能存在的正被阻//塞的read、select。
static enum hrtimer_restart timerfd_tmrproc(struct hrtimer *htmr)
{
struct timerfd_ctx *ctx =container_of(htmr, struct timerfd_ctx, tmr);
unsigned long flags;
//spin_lock_irqsave函数的作用是采用锁机制保证变量的正确性，但是在过程
//中可能会出现死锁的情况，所以采用一个中断状态来解决这样的问题，与
//下面的spin_lock_irqrestore相对应。
spin_lock_irqsave(&ctx->wqh.lock,flags);
ctx->expired = 1;// 设置定时器超时标记位
ctx->ticks++; //增加定时器超时次数
wake_up_locked(&ctx->wqh);//唤醒一个等待队列
spin_unlock_irqrestore(&ctx->wqh.lock,flags);
return HRTIMER_NORESTART;
}
static ktime_t timerfd_get_remaining(struct timerfd_ctx *ctx)
{
ktime_t remaining;
remaining = hrtimer_expires_remaining(&ctx->tmr);
return remaining.tv64 < 0? ktime_set(0, 0): remaining;
}
//一些初始化的工作
static void timerfd_setup(struct timerfd_ctx *ctx, int flags,
const struct itimerspec *ktmr)
{
enum hrtimer_mode htmode;
ktime_t texp;
htmode = (flags &TFD_TIMER_ABSTIME) ?
HRTIMER_MODE_ABS: HRTIMER_MODE_REL;
texp =timespec_to_ktime(ktmr->it_value);
ctx->expired = 0;
ctx->ticks = 0;
ctx->tintv =timespec_to_ktime(ktmr->it_interval);
hrtimer_init(&ctx->tmr,ctx->clockid, htmode);
hrtimer_set_expires(&ctx->tmr,texp);
ctx->tmr.function =timerfd_tmrproc;
if (texp.tv64 != 0)
//hrtimer_start函数将一个hrtimer加入到一个按照到期时间排序的红黑树中
hrtimer_start(&ctx->tmr,texp, htmode);
}
//timerfd_release函数释放timerfd_create函数中申请的资源，删除已分配的定时//器。
static int timerfd_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
struct timerfd_ctx *ctx =file->private_data;
//hrtimer_cancel函数的作用是删除一个正在排队的定时器。这里分三种情况，一种是定
//时器已到期，并且设置了软中断模式；第二种是没有到期，还在红黑树中；第三种是
//定时器正在执行。
hrtimer_cancel(&ctx->tmr);
kfree(ctx); //释放内核空间
return 0;
}
/*timerfd_poll将timerfd的等待队列登记到一个poll_table，从而在定时器超时时能唤醒select系统调用。
*/
static unsigned int timerfd_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
struct timerfd_ctx *ctx =file->private_data;
unsigned int events = 0;
unsigned long flags;
poll_wait(file,&ctx->wqh, wait); //增加一个等待队列到poll_table
spin_lock_irqsave(&ctx->wqh.lock,flags);
if (ctx->ticks)
events |= POLLIN;
spin_unlock_irqrestore(&ctx->wqh.lock,flags);
return events;
}
/*
*timerfd_read函数是文件操作read的内核实现，读到的是定时器的超时次数。
*该函数在阻塞模式下会把自身挂到timerfd的等待队列中，等待定时器超时时
*被唤醒。
*/
static ssize_t timerfd_read(struct file *file, char __user *buf, size_tcount,
loff_t *ppos)
{
struct timerfd_ctx *ctx =file->private_data;
ssize_t res;
u64 ticks = 0;
DECLARE_WAITQUEUE(wait,current);
if (count < sizeof(ticks))
return -EINVAL;
spin_lock_irq(&ctx->wqh.lock);
res = -EAGAIN;
if (!ctx->ticks &&!(file->f_flags & O_NONBLOCK)) {
__add_wait_queue(&ctx->wqh,&wait);
for (res = 0;;) {
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
if(ctx->ticks) {
res = 0;
break;
}
if(signal_pending(current)) {
res =-ERESTARTSYS;
break;
}
spin_unlock_irq(&ctx->wqh.lock);
schedule();
spin_lock_irq(&ctx->wqh.lock);
}
__remove_wait_queue(&ctx->wqh,&wait);
__set_current_state(TASK_RUNNING);
}
if (ctx->ticks) {
ticks = ctx->ticks;
if (ctx->expired&& ctx->tintv.tv64) {
/*
* If tintv.tv64 != 0, this is a periodic timerthat
* needs to be re-armed. We avoid doing it inthe timer
* callback to avoid DoS attacks specifying avery
* short timer period.
*/
ticks +=hrtimer_forward_now(&ctx->tmr,
ctx->tintv) - 1;
hrtimer_restart(&ctx->tmr);
}
ctx->expired = 0;
ctx->ticks = 0;
}
spin_unlock_irq(&ctx->wqh.lock);
if (ticks)
res = put_user(ticks,(u64 __user *) buf) ? -EFAULT: sizeof(ticks);
return res;
}
static const struct file_operations timerfd_fops = {
.release =timerfd_release,
.poll = timerfd_poll,
.read = timerfd_read,
};
//根据文件描述符获得一个file的结构体
static struct file *timerfd_fget(int fd)
{
struct file *file;
file = fget(fd);
if (!file)
returnERR_PTR(-EBADF);
if (file->f_op !=&timerfd_fops) {
fput(file);
returnERR_PTR(-EINVAL);
}
return file;
}
/*
*做一些定时器的初始化工作；
*调用hrtimer_init初始化一个hrtimer；
*调用anon_inode_getfd分配一个dentry，并得到一个文件号fd，同时传入timerfd
*的文件操作指针struct file_operations timerfd_fops，anno_inode_getfd是文件系统
*anon_inodefs的一个帮助函数。anon文件系统比较简单，整个文件系统只有一
*个inode节点，其实现代码可以在fs/anon_inodes.c中找到。
*/
SYSCALL_DEFINE2(timerfd_create, int, clockid, int, flags)
{
int ufd;
struct timerfd_ctx *ctx;
/* Check the TFD_* constantsfor consistency. */
BUILD_BUG_ON(TFD_CLOEXEC !=O_CLOEXEC);
BUILD_BUG_ON(TFD_NONBLOCK !=O_NONBLOCK);
if ((flags &~TFD_CREATE_FLAGS) ||
(clockid != CLOCK_MONOTONIC &&
clockid != CLOCK_REALTIME))
return -EINVAL;
ctx = kzalloc(sizeof(*ctx),GFP_KERNEL);
if (!ctx)
return -ENOMEM;
init_waitqueue_head(&ctx->wqh);
ctx->clockid = clockid;
hrtimer_init(&ctx->tmr,clockid, HRTIMER_MODE_ABS);
ufd =anon_inode_getfd("", &timerfd_fops, ctx,
flags & TFD_SHARED_FCNTL_FLAGS);
if (ufd < 0)
kfree(ctx);
return ufd;
}
//timerfd_settime最终会调用hrtimer_start启动定时器，其超时函数被设置为timerfd_tmrproc。
/*此函数用于设置新的超时时间，并开始计时。
*参数ufd是timerfd_create返回的文件句柄。
*参数flags为1代表设置的是绝对时间；为0代表相对时间。
*参数utmr为需要设置的时间。
*参数otmr为定时器这次设置之前的超时时间。
*函数返回0代表设置成功。
*/
SYSCALL_DEFINE4(timerfd_settime, int, ufd,int, flags,
const structitimerspec __user *, utmr,
struct itimerspec__user *, otmr)
{
struct file *file;
struct timerfd_ctx *ctx;
struct itimerspec ktmr,kotmr;
if (copy_from_user(&ktmr,utmr, sizeof(ktmr)))
return -EFAULT;
if ((flags &~TFD_SETTIME_FLAGS) ||
!timespec_valid(&ktmr.it_value) ||
!timespec_valid(&ktmr.it_interval))
return -EINVAL;
file = timerfd_fget(ufd);
if (IS_ERR(file))
return PTR_ERR(file);
ctx = file->private_data;
/*
* We need to stop the existing timer beforereprogramming
* it to the new values.
*/
for (;;) {
spin_lock_irq(&ctx->wqh.lock);
if (hrtimer_try_to_cancel(&ctx->tmr)>= 0)
break;
spin_unlock_irq(&ctx->wqh.lock);
cpu_relax();
}
/*
* If the timer is expired and it's periodic,we need to advance it
* because the caller may want to know theprevious expiration time.
* We do not update "ticks" and"expired" since the timer will be
* re-programmed again in the followingtimerfd_setup() call.
*/
if (ctx->expired&& ctx->tintv.tv64)
hrtimer_forward_now(&ctx->tmr,ctx->tintv);
kotmr.it_value =ktime_to_timespec(timerfd_get_remaining(ctx));
kotmr.it_interval =ktime_to_timespec(ctx->tintv);
/*
* Re-program the timer to the new value ...
*/
timerfd_setup(ctx,flags, &ktmr);
spin_unlock_irq(&ctx->wqh.lock);
fput(file);
if (otmr &&copy_to_user(otmr, &kotmr, sizeof(kotmr)))
return -EFAULT;
return 0;
}
//此函数用于获得定时器距离下次超时还剩下的时间。
//如果调用时定时器已经到期，并且该定时器处于循环模式,那么调用此函数之后定时器重新开始计时。
SYSCALL_DEFINE2(timerfd_gettime, int, ufd, struct itimerspec __user *,otmr)
{
struct file *file;
struct timerfd_ctx *ctx;
struct itimerspec kotmr;
file = timerfd_fget(ufd);
if (IS_ERR(file))
return PTR_ERR(file);
ctx = file->private_data;
spin_lock_irq(&ctx->wqh.lock);
if (ctx->expired&& ctx->tintv.tv64) {
ctx->expired = 0;
ctx->ticks +=
hrtimer_forward_now(&ctx->tmr,ctx->tintv) - 1;
hrtimer_restart(&ctx->tmr);
}
kotmr.it_value =ktime_to_timespec(timerfd_get_remaining(ctx));
kotmr.it_interval =ktime_to_timespec(ctx->tintv);
spin_unlock_irq(&ctx->wqh.lock);
fput(file);
return copy_to_user(otmr,&kotmr, sizeof(kotmr)) ? -EFAULT: 0;
}
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