定时器的基本原理

Linux 0.11 操作系统中的定时器是用于实现进程的睡眠和唤醒机制的重要组件。其基本原理是通过计数器来实现定时功能，当计数器的值达到设定的时间阈值时，会触发中断，从而执行中断处理程序，完成相应的任务。

在 Linux 0.11 操作系统中，定时器的中断源是 IRQ 0，即系统时钟中断。系统时钟的中断频率通常为 100Hz，即每 10ms 中断一次。Linux 使用可编程中断控制器（PIC）的 8259A 芯片来实现中断控制，其中 IRQ 0 用于系统时钟中断。通过控制中断控制器的工作方式和设定时钟频率，可以实现定时器的功能。

定时器的初始化

1. 初始化 8259A 芯片，使其进入工作状态，同时屏蔽除 IRQ 0 外的其它中断源，确保系统时钟中断被触发。

2. 设定系统时钟的中断频率。系统时钟中断的频率会影响定时器的精度，通常设定为 100Hz。

3. 设置中断向量表，将 IRQ 0 的中断处理函数指针指向自定义的系统时钟中断处理函数，以便在中断发生时调用相应的处理逻辑。

定时器中断处理程序

1. 定时器中断发生后，CPU 会从用户态切换到内核态。

2. 中断处理程序会更新全局的系统滴答数 ticks，记录系统从开机以来的时钟滴答数目。

void timer_interrupt(int irq, int dev_id, struct pt_regs *regs)
{
    // 更新全局的滴答数
    ticks++;
    // 执行调度函数
    schedule();
}
C

3. 定时器中断处理程序还可以执行其他的相关任务，如处理定时事件、清除过期的定时器等。

定时器的使用

1. 初始化定时器并设定时间阈值。Linux 0.11 操作系统中使用全局变量 timeout 来记录当前进程的睡眠时间，通过设置 timeout 的值来设定进程的睡眠时间。

// 设定进程的睡眠时间
timeout = s * HZ;
// 进入等待状态
sleep_on(&wait_queue);
C

2. 进程在进入等待状态之后，定时器会不断递减 timeout 的值，直到计数器达到阈值，中断被触发，进程被唤醒。

void sleep_on(struct task_struct **p)
{
    // ...
    // 如果timeout大于0，则进程进入等待状态
    if (timeout > 0)
    {
        schedule(); // 调度其他进程执行
    }
    // ...
}
C

3. 唤醒进程。当定时器中断发生时，会执行唤醒函数 wakeup()，根据等待队列中的进程状态，将相应的进程唤醒。

void wakeup(struct task_struct **p) {
    // ...
    // 将进程从等待队列中移除，唤醒进程
    if (*p)
    {
        (*p)->state = TASK_RUNNING;
        *p = NULL;
    }
    // ...
}
C