Linux时间子系统之（六）：POSIX timer

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Notes：首先讲解了POSIX timer的标识(唯一识别)、POSIX Timer的组织(管理POSIX Timer)、内核中如何抽象POSIX Timer；然后分析了POSIX timer相关系统调用(timer_create/timer_gettime/timer_getoverrun/timer_settime/timer_delete)；再后重点分析了real time timer的callback函数。POSIX timer超时有三种方式(SIGEV_SIGNAL、SIGEV_NONE和SIGEV_THREAD)，重点分析了信号触发方式。

原文地址：Linux时间子系统之（六）：POSIX timer

一、前言

在用户空间接口函数文档中，我们描述了和POSIX timer相关的操作，主要包括创建一个timer、设定timer、获取timer的状态、获取timer overrun的信息、删除timer。本文将沿着这些用户空间的接口定义来看看内核态的实现。虽然POSIX timer可以基于各种不同的clock创建，本文主要描述real time clock相关的timer。

本文第二章描述了POSIX timer的基本原理，第三章描述系统调用的具体实现，第四章主要讲real time clock的timer callback函数的实现，第五章介绍了timer超期后，内核如何处理信号。

二、基本概念和工作原理

1、如何标识POSIX timer

Notes：获取POSIX timer的ID，保证进程内唯一的一个32为整数。

POSIX.1b interval timer（后面的文章中简称POSIX timer）是用来替代传统的interval timer的，posix timer一个重要的改进是进程可以创建更多（而不是3个）timer，既然可以创建多个timer，那么就存在标识问题，我们用timer ID来标识一个具体的posix timer。这个timer ID也作为一个handler参数在用户空间和内核空间之间传递。

posix timer是一种资源，它隶属于某一个进程，。对于kernel，我们会用timer ID来标识一个POSIX timer，而这个ID是由进程自己管理和分配的。在进程控制块（struct task_struct ）中有一个struct signal_struct *signal的成员，用来管理和signal相关的控制数据。timer的处理和信号的发送是有关系的，因此也放到该数据结构中：

……
    int            posix_timer_id;
……

一个进程在fork的时候，posix_timer_id会被设定为0，因此，对于一个进程而言，其timer ID从0开始分配，随后会依次加一，达到最大值后会从0开始。由此可见，timer ID不是一个全局唯一标识符，只是能保证在一个进程内，其ID是唯一的。实际timer ID的分配算法可以参考posix_timer_add函数，如下：

static int posix_timer_add(struct k_itimer *timer)
{
    struct signal_struct *sig = current->signal;
    int first_free_id = sig->posix_timer_id;－－－－－－－－－－－－－－－－（1）
    struct hlist_head *head;
    int ret = -ENOENT;

do {－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（2）
        spin_lock(&hash_lock);
        head = &posix_timers_hashtable[hash(sig, sig->posix_timer_id)];－－－－（3）
        if (!__posix_timers_find(head, sig, sig->posix_timer_id)) {－－－－－－－－（4）
            hlist_add_head_rcu(&timer->t_hash, head);
            ret = sig->posix_timer_id;
        }
        if (++sig->posix_timer_id < 0)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（5）
            sig->posix_timer_id = 0;
        if ((sig->posix_timer_id == first_free_id) && (ret == -ENOENT))－－－－－－（6）
            ret = -EAGAIN;
        spin_unlock(&hash_lock);
    } while (ret == -ENOENT);
    return ret;
}

（1）sig->posix_timer_id中记录了上一次分配的ID+1，该值被认为是下一个可以使用的free ID（当然，这个假设不一定成立，但是有很大的机会），也就是本次scan free timer ID的起点位置。

（2）do while是一个循环过程，如果选定的timer ID不是free的，我们还需要++sig->posix_timer_id，以便看看下一个timer ID是否是free的，这个过程不断的循环执行，直到找到一个free的timer ID，或者出错退出循环。一旦找到free的timer ID，则将该posix timer插入哈希表。

（3）根据分配的timer ID和该进程的signal descriptor的地址，找到该posix timer的hash链表头

（4）看看该进程中是否已经有了该timer ID的posix timer存在，如果没有，那么timer ID分配完成

（5）否则，看看下一个timer ID的情况。如果溢出（超过了INT_MAX），那么从0开始搜索

（6）如果scan了一圈还是没有找到free timer ID，那么就出错返回。

2、如何组织POSIX timer

Notes：两种组织方式全局hash表posix_timers_hashtable和进程管理的task->signal->posix_timers。

static DEFINE_HASHTABLE(posix_timers_hashtable, 9);
static DEFINE_SPINLOCK(hash_lock);

随着系统启动和运行，各个进程会不断的创建属于自己的POSIX timer，这些timer被放到了一个全局的hash表中，也就是posix_timers_hashtable。该table共计有512个入口，每个入口都是一个POSIX timer链表头的指针。每一个系统中的POSIX timer都会根据其hash key放入到其中一个入口中（挂入链表）。具体hash key的计算方法是：

static int hash(struct signal_struct *sig, unsigned int nr)
{
    return hash_32(hash32_ptr(sig) ^ nr, HASH_BITS(posix_timers_hashtable));
}

计算key考虑的factor包括timer ID值和进程signal descriptor的地址。

hash_lock是包含全局POSIX timer的锁，每次访问该资源的时候需要使用该锁进行保护。

除了作为一个全局资源来管理的hash table，每个进程也会管理自己分配和释放的timer资源，当然，这也是通过链表进行管理的，链表头在该进程signal descriptor的posix_timers成员中：

struct task_struct {

struct signal_struct {

struct list_head    posix_timers;

}
}

一旦进程创建了一个timer，那么就会挂入posix_timers的链表中。

3、如何抽象POSIX timer

在内核中用struct k_itimer 来描述一个POSIX timer：

struct k_itimer {
    struct list_head list;   －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（1）
    struct hlist_node t_hash;
    spinlock_t it_lock; －－－－－保护本数据结构的spin lock
    clockid_t it_clock;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（2）
    timer_t it_id;
    int it_overrun;  －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（3）
    int it_overrun_last;
    int it_requeue_pending;  －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（4）
#define REQUEUE_PENDING 1
    int it_sigev_notify; －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（5）
    struct signal_struct *it_signal; －－－－该timer对应的signal descriptor
    union { －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（6）
        struct pid *it_pid;    /* pid of process to send signal to */
        struct task_struct *it_process;    /* for clock_nanosleep */
    };
    struct sigqueue *sigq;  －－－超期后，该sigquue成员会挂入signal pending队列
    union { －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（7）
        struct {
            struct hrtimer timer;
            ktime_t interval;
        } real;
        struct cpu_timer_list cpu;
        struct {
            unsigned int clock;
            unsigned int node;
            unsigned long incr;
            unsigned long expires;
        } mmtimer;
        struct {
            struct alarm alarmtimer;
            ktime_t interval;
        } alarm;
        struct rcu_head rcu;
    } it;
};

（1）这两个成员都是和POSIX timer的组织有关。t_hash是链接入全局hash table的节点，而list成员是和进程管理自己创建和释放timer的链表相关。

（2）这两个成员描述了POSIX timer的基本信息的。任何一个timer都是基于clock而构建的，it_clock说明该timer是以系统中哪一个clock为标准来计算超时时间。it_id描述了该timer的ID，在一个进程中唯一标识该timer。

（3）理解这两个成员首先对timer overrun的概念要理解。对overrun的解释我们可以用信号异步通知的例子来描述（创建进程执行callback函数也是一样的）。假设我们当一个POSIX timer超期后，会发送信号给进程，但是也有可能该信号当前被mask而导致signal handler不会调度执行（当然也有其他的场景导致overrun，这里就不描述了）。这样，我们当然想知道这种timer的overrun的次数。假设一个timer设定超期时间是1秒，那当timer超期后，会产生一个pending的signal，但是由于种种原因，在3秒后，信号被进程捕获到，调用signal handler，这时候overrun的次数就是2次。用户空间可以通过timer_getoverrun来获取这个overrun的次数。

根据POSIX标准，当信号被递交给进程后，timer_getoverrun才会返回该timer ID的overrun count，因此在kernel中需要两个成员，只有信号还没有递交给进程，it_overrun就会不断的累积，一旦完成递交，it_overrun会保存在it_overrun_last成员中，而自己会被清除，准备进行下一次overrun count的计数。因此，实际上timer_getoverrun函数实际上是获取it_overrun_last的数据，代码如下：

SYSCALL_DEFINE1(timer_getoverrun, timer_t, timer_id)
{
    ……

overrun = timr->it_overrun_last;
    ……

return overrun;
}

（4）it_requeue_pending标识了该timer对应信号挂入signal pending的状态。该flag的LSB bit标识该signal已经挂入signal pending队列，其他的bit作为信号的私有数据。下面的代码会更详细的描述。

（5）it_sigev_notify成员说明了timer超期后如何异步通知该进程（线程）。定义如下：

#define SIGEV_SIGNAL    0    －－－－－使用向进程发送信号的方式来通知
#define SIGEV_NONE    1    －－－－－－没有异步通知事件，用户空间的程序用轮询的方法
#define SIGEV_THREAD    2    －－－－异步通知的方式是创建一个新线程来执行callback函数
#define SIGEV_THREAD_ID 4   －－－－－使用向指定线程发送信号的方式来通知

（6）这个成员用来标识进程。Notes：分为进程和线程两种类型。

（7）it这个成员是一个union类型的，用于描述和timer interval相关的信息，不同类型的timer选择使用不同的成员数据。alarm是和alarm timer相关的成员，具体可以参考alarm timer的文档。（mmtimer不知道用在什么场合，可能和Multimedia Timer相关Notes：driver/char/mmtimer.c）。real用于real time clock的场景。real time clock的timer是构建在高精度timer上的（timer成员），而interval则描述该timer的mode，如果是one shot类型的，interval等于0，否则interval描述周期性触发timer的时间间隔。更详细的内容会在本文后面的小节中描述。

三、和POSIX timer相关的系统调用

1、创建timer的系统调用。具体代码如下：

SYSCALL_DEFINE3(timer_create, const clockid_t, which_clock,
        struct sigevent __user *, timer_event_spec,
        timer_t __user *, created_timer_id)
{
    struct k_clock *kc = clockid_to_kclock(which_clock);－－根据clock ID获取内核中的struct k_clock
    struct k_itimer *new_timer;
    int error, new_timer_id;
    sigevent_t event;
    int it_id_set = IT_ID_NOT_SET;

new_timer = alloc_posix_timer();－－－－－分配一个POSIX timer，所有成员被初始化为0

spin_lock_init(&new_timer->it_lock);
    new_timer_id = posix_timer_add(new_timer);－－－－－－－－－－－（1）

it_id_set = IT_ID_SET;
    new_timer->it_id = (timer_t) new_timer_id;
    new_timer->it_clock = which_clock;
    new_timer->it_overrun = -1; －－－－－－－－－－－－－－－－－－－（2）

if (timer_event_spec) {
        if (copy_from_user(&event, timer_event_spec, sizeof (event))) {－－－－－拷贝用户空间的参数
            error = -EFAULT;
            goto out;
        }
        rcu_read_lock();
        new_timer->it_pid = get_pid(good_sigevent(&event));－－－－－－－－（3）
        rcu_read_unlock();
    } else {
        event.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
        event.sigev_signo = SIGALRM;
        event.sigev_value.sival_int = new_timer->it_id;
        new_timer->it_pid = get_pid(task_tgid(current));－－－－－－－－－－（4）
    }

new_timer->it_sigev_notify     = event.sigev_notify;
    new_timer->sigq->info.si_signo = event.sigev_signo; －－信号ID
    new_timer->sigq->info.si_value = event.sigev_value;
    new_timer->sigq->info.si_tid   = new_timer->it_id; －－－信号发送的目的地线程ID
    new_timer->sigq->info.si_code  = SI_TIMER; －－－－－－－－－－－－－（5）

if (copy_to_user(created_timer_id,
             &new_timer_id, sizeof (new_timer_id))) {－－－－－－－－－－－－－（6）
        error = -EFAULT;
        goto out;
    }

error = kc->timer_create(new_timer);－－－－－－调用具体clock的create timer函数

spin_lock_irq(¤t->sighand->siglock);
    new_timer->it_signal = current->signal;
    list_add(&new_timer->list, ¤t->signal->posix_timers);－－－－－－－（7）
    spin_unlock_irq(¤t->sighand->siglock);

return 0;
}

（1）将该timer加入到全局的哈希表中。当然，在加入之前，要分配一个timer ID，内核要确保该timer ID是在本进程内能唯一标识该timer。

（2）初始化该posix timer，设定timer ID，clock ID以及overrun的值。it_id_set这个变量主要用于出错处理，如果其值等于IT_ID_SET，说明已经完成插入全局的哈希表的操作，那么其后的出错处理要有从全局的哈希表中摘除该timer的操作（注意：上面的代码省略了出错处理，有兴趣的读者可以自行阅读）。

（3）good_sigevent这个函数主要是用来进行参数检查。用户空间的程序可以通过sigevent_t的数据结构来控制timer超期之后的行为。例如可以向某一个指定的线程（不是进程）发送信号（sigev_notify设定SIGEV_THREAD_ID并且设定SIGEV_SIGNAL），当然这时候要传递thread ID的信息。内核会根据这个thread ID来寻找对应的struct task_struct，如果找不到，那么说明用户空间传递的参数有问题。如果该thread ID对应的struct task_struct的确存在，那么还需要该thread ID对应的thread和当前thread属于同一个进程。此外，一旦程序打算用signal通知的方式来进行timer超期通知，那么传入的sigev_signo参数必须是一个有效的signal ID。如果这些检查通过，那么good_sigevent返回适当的pid信息。这里有两种场景，一种是指定thread ID，另外一种是发送给当前进程（实际上是返回当前的线程组leader）

（4）如果用户空间的程序没有指定sigevent_t的参数，那么内核的缺省行为是发送SIGALRM给调用线程所属的线程组leader。

（5）初始化信号发送相关的数据结构。SI_TIMER用来标识该信号是由于posix timer而产生的。

（6）将分配的timer ID 拷贝回用户空间

（7）建立posix timer和当前进程signal descriptor的关系（所有线程共享一个signal descriptor）

Notes：如果(3)中从用户空间获取sigevent和it_pid成功，或者(4)中使用缺省值，(5)就将这些值赋给k_itimer，其中si_code为SI_TIMER表示为内核Timer超时发送的信号。

2、获取一个posix timer剩余时间的系统调用，代码如下：

Notes：由timer_id通过lock_timer得到内核定时器k_itimer，由k_itimer的clock类型通过clockid_to_klock得到k_clock，k_clock的成员函数和系统调用对应，此处为timer_get。

SYSCALL_DEFINE2(timer_gettime, timer_t, timer_id,
        struct itimerspec __user *, setting)
{
    struct itimerspec cur_setting;
    struct k_itimer *timr;
    struct k_clock *kc;
    unsigned long flags;
    int ret = 0;

timr = lock_timer(timer_id, &flags);－－－－－－－－根据timer ID找到对应的posix timer

kc = clockid_to_kclock(timr->it_clock);－－－－－－根据clock ID获取内核中的struct k_clock

if (WARN_ON_ONCE(!kc || !kc->timer_get))
        ret = -EINVAL;
    else
        kc->timer_get(timr, &cur_setting); －－－－－－调用具体clock的get timer函数

unlock_timer(timr, flags);

if (!ret && copy_to_user(setting, &cur_setting, sizeof (cur_setting))) －－将结果copy到用户空间
        return -EFAULT;

return ret;
}

3、timer_getoverrun、timer_settime和timer_delete

这三个系统调用都非常简单，这里就不细述了，有兴趣的读者可以自行阅读。

四、real time clock的timer callback函数

Notes：POSIX三种Timer类型对应的底层技术：hrtimer、cpu_timer_list、alarm。

对于real time base的那些clock（CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC等），其timer相关的函数都是构建在一个高精度timer的基础上，这个高精度timer就是posix timer中的it.real.timer成员。

1、common_timer_create，代码如下：

static int common_timer_create(struct k_itimer *new_timer)
{
    hrtimer_init(&new_timer->it.real.timer, new_timer->it_clock, 0);
    return 0;
}

代码很简单，就是初始化了一个高精度timer而已。具体高精度timer的内容可以参考本站其他文档。

2、common_timer_set，代码如下：

common_timer_set(struct k_itimer *timr, int flags,
         struct itimerspec *new_setting, struct itimerspec *old_setting)
{
    struct hrtimer *timer = &timr->it.real.timer;－－－获取该posix timer对应的高精度timer
    enum hrtimer_mode mode;

if (old_setting)
        common_timer_get(timr, old_setting); －－－－获取旧的timer设定，参考下节描述

timr->it.real.interval.tv64 = 0; －－－－－－－初始化interval设定
    if (hrtimer_try_to_cancel(timer) < 0)－－－－马上就要进行新的设定了，当然要停掉该高精度timer
        return TIMER_RETRY;

timr->it_requeue_pending = (timr->it_requeue_pending + 2) &
        ~REQUEUE_PENDING;
    timr->it_overrun_last = 0; －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（1）

if (!new_setting->it_value.tv_sec && !new_setting->it_value.tv_nsec)
        return 0; －－－－如果新设定的时间值等于0的话，那么该函数仅仅是停掉timer并获取old value。

mode = flags & TIMER_ABSTIME ? HRTIMER_MODE_ABS : HRTIMER_MODE_REL; －－（2）
    hrtimer_init(&timr->it.real.timer, timr->it_clock, mode);
    timr->it.real.timer.function = posix_timer_fn; －－－－－高精度timer的mode，callback函数设定

hrtimer_set_expires(timer, timespec_to_ktime(new_setting->it_value)); －－超期时间设定

timr->it.real.interval = timespec_to_ktime(new_setting->it_interval); －－－－－－－－－－（3）

if (((timr->it_sigev_notify & ~SIGEV_THREAD_ID) == SIGEV_NONE)) { －－－－－－－－（4）
        if (mode == HRTIMER_MODE_REL) {
            hrtimer_add_expires(timer, timer->base->get_time());
        }
        return 0;
    }

hrtimer_start_expires(timer, mode); －－－－启动高精度timer
    return 0;
}

（1）it_overrun_last实际上是和timer_getoverrun的调用有关。在一个timer触发后到异步通知完成之间可能会产生overrun，但是，一旦重新调用timer_settime之后，上次的overrun count要被清除。it_requeue_pending状态flag中的信号私有数据加一（这个私有数据是[31:1]，因此代码中加2），并且清除pending flag。

（2）这里的代码都是对该posix timer对应的高精度timer进行各种设定。该timer的callback函数会在下一章分析

（3）设置interval的值，通过该值可以设定周期性timer，用户空间传入的参数是timespec，需转换成ktime的时间格式

（4）对于轮询类型的posix timer，我们并不会真正启动该timer（插入到高精度timer的红黑树中），而是仅仅为那些设定相对事件的timer配置正确的超期时间值。

3、common_timer_get，代码如下：

static void common_timer_get(struct k_itimer *timr, struct itimerspec *cur_setting)
{
    ktime_t now, remaining, iv;
    struct hrtimer *timer = &timr->it.real.timer;

memset(cur_setting, 0, sizeof(struct itimerspec));

iv = timr->it.real.interval; －－－获取该posix timer对应的timer period值

if (iv.tv64)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（1）
        cur_setting->it_interval = ktime_to_timespec(iv);－－－interval timer需返回timer period
    else if (!hrtimer_active(timer) &&
         (timr->it_sigev_notify & ~SIGEV_THREAD_ID) != SIGEV_NONE)－－－－－－－（2）
        return;

now = timer->base->get_time(); －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（3）

if (iv.tv64 && (timr->it_requeue_pending & REQUEUE_PENDING ||
        (timr->it_sigev_notify & ~SIGEV_THREAD_ID) == SIGEV_NONE))
        timr->it_overrun += (unsigned int) hrtimer_forward(timer, now, iv); －－－－－－－－（4）

remaining = ktime_sub(hrtimer_get_expires(timer), now); －－－计算剩余时间
    if (remaining.tv64 <= 0) { －－已经超期
        if ((timr->it_sigev_notify & ~SIGEV_THREAD_ID) != SIGEV_NONE)
            cur_setting->it_value.tv_nsec = 1; －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（5）
    } else
        cur_setting->it_value = ktime_to_timespec(remaining); －－－返回剩余时间信息
}

（1）posix timer的时间设定用struct itimerspec表示：

struct itimerspec {
    struct timespec it_interval;    /* timer period */
    struct timespec it_value;    /* timer expiration */
};

如果it_interval等于0的话，那么说明该posix timer是一个one shot类型的timer。如果非零的话，则说明该timer是一个periodic timer（或者称之为interval timer），it_interval定义了周期性触发的时间值。这个timer period值对应内核struct k_itimer中的it.real.interval成员。

（2）如果是one shot类型的timer，it_interval返回0值就OK了，我们只需要设定it_value值。对于通过信号进行异步通知的posix timer，如果对应的高精度timer已经不是active状态了，那么it_value值也是0，表示该timer已经触发了。

（3）获取当前时间点的值。不论timer当初是如何设定的：相对或者绝对，it_value总是返回相对于当前时间点的值，因此这里需要获取当前时间点的值。

（4）对于一个周期性触发的timer，并且设定SIGEV_NONE，实际上，该timer是不会触发的，都是用户程序自己调用timer_gettime来轮询情况，因此在get time函数中处理超期后，再次设定高精度timer的任务，同时计算overrun次数。

如果periodic timer设定信号异步通知的方式，那么在信号pending到信号投递到进程这段时间内，虽然由于各种情况可能导致这段时间很长，按理periodic timer应该多次触发，但是实际上，信号只有在投递到进程后才会再次restart高精度timer，因此在信号pending期间，如果用户调用了timer_gettime，也需要自己处理timer的超期以及overrun。

（5）TODO。

4、common_timer_del。比较简单，不再赘述。

五、和posix timer相关的信号处理

1、发送什么信号？发向哪一个进程或者线程？

用户空间的程序可以通过timer_create函数来创建timer，在创建timer的时候就设定了异步通知的方式（SIGEV_SIGNAL、SIGEV_NONE和SIGEV_THREAD），SIGEV_NONE方式比较简单，没有异步通知，用户空间的程序自己需要调用timer_gettime来轮询是否超期。SIGEV_THREAD则是创建一个线程来执行callback函数。我们这一章的场景主要描述的就是设定为SIGEV_SIGNAL方式，也就是timer超期后，发送信号来异步通知。缺省是发送给创建timer的进程，当然，也可以设定SIGEV_THREAD_ID的标识，发给一个该进程内的特定的线程。

一个指定进程的timer超期后，产生的信号会挂入该进程（线程）pending队列，需要注意的是：在任意的时刻，特定timer的信号只会挂入一次，也就是说，该信号产生到该信号被投递到进程之间，如果timer又一次超期触发了，这时候，signal pending队列不会再次挂入信号（即便该signal是一个real-time signal），只会增加overrun的次数。

2、信号的产生

Notes：POSIX hrtimer的超时函数是posix_timer_fn，posix_timer_fn-->posix_timer_event-->send_sigqueue，send_sigqueue进行具体的操作。

在set timer函数中，内核会设定高精度timer的超期回调函数为posix_timer_fn，代码如下：

static enum hrtimer_restart posix_timer_fn(struct hrtimer *timer)
{
    struct k_itimer *timr;
    unsigned long flags;
    int si_private = 0;
    enum hrtimer_restart ret = HRTIMER_NORESTART; －－－－－－－－－－－（1）

timr = container_of(timer, struct k_itimer, it.real.timer);－－－－－－－－－－－（2）
    spin_lock_irqsave(&timr->it_lock, flags);

if (timr->it.real.interval.tv64 != 0)
        si_private = ++timr->it_requeue_pending; －－－－－－－－－－－－－－－（3）

if (posix_timer_event(timr, si_private)) { －－－－－－－－－－－－－－－－－（4）
        如果该signal的handler设定是ignor，那么需要对interval类型的timer做特别处理
        }
    }

unlock_timer(timr, flags);
    return ret;
}

（1）高精度timer的超期callback函数的返回值标识了是否需要再次将该timer挂入队列，以便可以再次触发timer。对于one shot类型的，需要返回HRTIMER_NORESTART，对于periodic timer，需要返回HRTIMER_RESTART。缺省设定不再次start该timer。

（2）POSIX timer对应的高精度timer是嵌入到k_itimer数据结构中的，通过container_of可以获取该高精度timer对应的那个k_itimer数据。

（3）对于one shot类型的timer，不存在signal requeue的问题。对于周期性timer，有可能会有overrun的问题，这时候，需要传递一个signal的私有数据，以便在queue signal的时候进行标识。++timr->it_requeue_pending用来标记该timer处于pending状态（加一就是将LSB设定为1）

（4）具体将信号挂入进程（线程）signal pending队列的操作在posix_timer_event函数中，该函数会调用send_sigqueue函数进行具体操作。如下：

int send_sigqueue(struct sigqueue *q, struct task_struct *t, int group)
{……

ret = 0;
    if (unlikely(!list_empty(&q->list))) {－－－－－－－－是否已经挂入signal pending队列？
        q->info.si_overrun++;－－－－－－－－－－－－如果是，那么增加overrun counter就OK了
        return ret;
    }
    q->info.si_overrun = 0; －－－－－－首次挂入signal pending队列，初始化overrun counter等于0
    pending = group ? &t->signal->shared_pending : &t->pending;－挂入进程的还是线程的pending队列
    list_add_tail(&q->list, &pending->list);－－－－挂入pending队列
    sigaddset(&pending->signal, sig);－－－－－－设定具体哪一个signal pending
    complete_signal(sig, t, group);－－－－－－－设定TIF_SIGPENDING标记
    ……
}

如果信号已经正确的产生了，挂入进程或者线程的signal pending队列（也有可能是仅仅增加overrun的计数），或者处理过程中发生了错误，posix_timer_event返回False，这时候整个处理就结束了。如果返回TRUE，说明该signal被进程ignor了。这时候需要一些特殊的处理。

相信大家已经注意到了，default的情况下，该高精度timer的callback返回HRTIMER_NORESTART，即便是periodic timer也是如此，难道periodic timer不需要restart高精度timer吗？当然需要，只不过不是在这里，在投递信号的时候会处理的，具体可以参考dequeue_signal的处理。然而，如果一个periodic timer的信号处理是ignor类型的，那么信号是不会挂入pending队列的，这时候不会有信号的投递，不会调用dequeue_signal，这时候则需要在这个callback函数中处理的。这时候会设定下一个超期时间，并返回HRTIMER_RESTART，让高精度timer有机会重新挂入高精度timer的红黑树中。

3、信号投递到进程

timer超期后会产生一个信号（配置了SIGEV_SIGNAL），这个信号虽然产生了，但是具体在什么时间点被投递到进程并执行signal处理函数呢？在ARM中断处理过程文档中，我们给出了一个场景（另外一个场景是系统调用返回用户空间，这里略过不表，思路是类似的），在返回用户空间之前，中断处理代码会检查struct thread_info中的flag标记，看看是否有_TIF_WORK_MASK的设定：

#define _TIF_WORK_MASK        (_TIF_NEED_RESCHED | _TIF_SIGPENDING | _TIF_NOTIFY_RESUME)

如果任何一个bit有设定，那么就会调用do_work_pending来处理，如果设定了_TIF_SIGPENDING，那么就调用do_signal来处理信号，属于当前进程的pending signal会被一一处理，首先调用dequeue_signal，从队列中取出信号，然后调用signal handler执行。相关的dequeue_signal代码如下：

int dequeue_signal(struct task_struct *tsk, sigset_t *mask, siginfo_t *info)
{……
    if ((info->si_code & __SI_MASK) == __SI_TIMER && info->si_sys_private) {
        spin_unlock(&tsk->sighand->siglock);
        do_schedule_next_timer(info);
        spin_lock(&tsk->sighand->siglock);
    }
    return signr;
}

如果你想通过发生信号的方式进行异步通知，那么必须要设定si_code为SI_TIMER。对于real time的clock，do_schedule_next_timer函数会调用schedule_next_timer来处理periodic timer的restart：

static void schedule_next_timer(struct k_itimer *timr)
{
    struct hrtimer *timer = &timr->it.real.timer;

if (timr->it.real.interval.tv64 == 0)－－－one shot类型的，直接退出
        return;

timr->it_overrun += (unsigned int) hrtimer_forward(timer,－－－设定下次超期时间并计算overrun次数
                        timer->base->get_time(),
                        timr->it.real.interval);

timr->it_overrun_last = timr->it_overrun;－－－保存该timer的overrun次数
    timr->it_overrun = -1;－－－－为下次初始化overrun
    ++timr->it_requeue_pending;－－－－－－清除pending标记并增加信号私有数据域
    hrtimer_restart(timer);－－－－restart该timer
}

原创文章，转发请注明出处。蜗窝科技

http://www.wowotech.net/timer_subsystem/posix-timer.html