Sistemi Operativi. Bruschi Martignoni Monga. La gestione del clock in MINIX Il clock Gestione clock MINIX Clock task IRQ Handler Message handler

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1 1 Mattia Dip. di Informatica e Comunicazione Università degli Studi di Milano, Italia mattia.monga@unimi.it Lezione XXII: a.a. 2008/09 1 c 2009 M.. Creative Commons Attribuzione-Condividi allo stesso modo 2.5 Italia License. Immagini tratte da [?] e da Wikipedia Il segnale di clock La periferica Periodo di clock (o ciclo di clock) l intervallo di tempo che intercorre tra l istante in cui il segnale di clock inizia a valere 0 e l instante di tempo in cui termina di valere 1 Frequenza il reciproco del periodo Es. ciclo di 10 ns 100 MHz Es. ciclo di 500 ps 2 GHz 394 Un cristallo di quarzo sottoposto a tensione genera un segnale con frequenza che varia tipicamente da 5 a 200 MHz Ad ogni ciclo il contatore viene decrementato quando raggiunge il valore zero: La periferica invia un interrupt (IRQ 8) Il contatore viene ri-inizializzato L intervallo di tempo che intercorre tra un interrupt ed il successivo è denominato clock tick 395

2 Uso del clock Example Un clock chip che contiene un contatore a 16 bit ed un cristallo che genera segnali a 5 MHz, genererà clock tick della durata compresa tra 0,2 µs e 13,1 ms Solitamente all interno di un PC esistono piú clock chip programmabili I clock chip usati per la sincronizzazione di CPU e bus di sistema usano circuiti diversi da quelli usati per la gestione degli eventi Time of the day: nei sistemi Unix solitamente ottenuto memorizzando il numero di secondi trascorsi a partire dalle 12 A.M. del 1/01/1970 Universal Coordinated Time (UTC): the epoch; con un 1 bit di segno, si possono rappresentare le date da a Segnalare la terminazione dei quanti di tempo: i quanti di tempo sono definiti in termini di tick ad ogni interrupt di clock si decrementa il quanto di 1 Accounting per l uso della CPU Uso del clock Implementazione Gestire segnali a tempo per conto dei processi eseguiti dal sistema: alcuni processi basano le loro azioni sull avverarsi o meno di certi eventi, entro intervalli di tempo predeterminati (es. ack di TCP) Watchdog timers: simili ai precedenti, con la differenza che allo scadere del tempo prefissato invece di inviare segnali richiamano opportune procedure di gestione Profiling: raccogliere i tempi di esecuzione di diverse componenti del sistema o dei processi utente Le componenti del sistema operativo coinvolte nella gestione del clock sono: Clock driver (clock task) Si appoggia su do clocktick per svolgere le operazioni richieste Interrupt Routine di servizio: leggere il clock leggere l ora del sistema leggere i registri all interno del chip

3 Driver È la prima componente che si occupa del clock ad essere eseguita sul sistema e quindi deve provvedere alla inizializzazione del dispositivo Viene avviata in fase di boot Costituita da un loop infinito che riceve solo un tipo di messaggi provenienti (HARD INT generati dall interrupt 2 PUBLIC void clock task() 4 / Main program of clock task. If the call is not HARD INT it is an error. 5 / 6 message m; / message buffer for both input and output / 7 int result; / result returned by the / 8 9 init clock(); / initialize clock task / / Main loop of the clock task. Get work, process it. Never reply. / 12 while (TRUE) { / Go get a message. / 15 receive(any, &m); / Handle the request. Only clock ticks are expected. / 18 switch (m.m type) { 19 case HARD INT: 20 result = do clocktick(&m); / handle clock tick / 21 break; 22 default: / illegal request type / 23 kprintf( CLOCK: illegal request %d from %d.\n, m.m type,m.m source); 24 } 25 } 26 } Process table 2 PRIVATE void init clock() 4 / Initialize the CLOCK s interrupt hook. / 5 clock hook.proc nr e = CLOCK; 6 7 / Initialize channel 0 of the 8253A timer to, e.g., 60 Hz, and register 8 the CLOCK task s interrupt to be run on every clock tick. 9 / 10 outb(timer MODE, SQUARE WAVE); / set timer to run continuously / 11 outb(timer0, TIMER COUNT); / load timer low byte / 12 outb(timer0, TIMER COUNT >> 8); / load timer high byte / 13 put irq (&clock hook, CLOCK IRQ, clock ); 14 enable irq(&clock hook); / ready for clock interrupts / 15 } Terminata l esecuzione di init clock(), dopo 16,67 ms (cfr. 60 Hz) arriverà il primo clock interrupt / kernel/proc.h / 2 struct proc { 3 /... / 4 proc nr t p nr; / number of this process (for fast access) / 5 struct priv p priv; / system privileges structure / 6 char p rts flags; / SENDING, RECEIVING, etc. / 7 8 char p priority; / current scheduling priority / 9 char p max priority; / maximum scheduling priority / 10 char p ticks left; / number of scheduling ticks left / 11 char p quantum size; / quantum size in ticks / 12 /... / 13 struct proc p nextready;/ pointer to next ready process / 14 struct proc p caller q; / head of list of procs wishing to send / 15 struct proc p q link; / link to next proc wishing to send / 16 message p messbuf; / pointer to passed message buffer / 17 proc nr t p getfrom; / from whom does process want to receive? / 18 proc nr t p sendto; / to whom does process want to send? / 19 /... / 20 }; 403

4 2 PRIVATE int clock (hook) 3 irq hook t hook; 4 { 5 register unsigned ticks; 6 7 / Get number of ticks and update realtime. / 8 ticks = lost ticks + 1; 9 lost ticks = 0; 10 realtime += ticks; Per prima cosa aggiorna realtime (n.ro di ticks trascorsi dal boot) 11 / Update user and system accounting times. / 12 proc ptr >p user time += ticks; 13 if (priv(proc ptr) >s flags & PREEMPTIBLE) { 14 proc ptr >p ticks left = ticks; 15 } 16 if (! (priv(proc ptr) >s flags & BILLABLE)) { 17 bill ptr >p sys time += ticks; 18 bill ptr >p ticks left = ticks; 19 } Aggiorna il PCB del processo e nel caso di processo di sistema (quindi non billable) addebita i tick al processo billable di riferimento Handler 20 / Check if do clocktick() must be called. / 21 if ((next timeout <= realtime) (proc ptr >p ticks left <= 0)) { 22 prev ptr = proc ptr; / store running process / 23 lock notify(hardware, CLOCK); / send notification / 24 } 25 return(1); / reenable interrupts / 26 } Solo nel caso di quanto terminato, o di watchdog timer scaduto viene richiamato il clock driver PRIVATE int do clocktick(m ptr) 2 message m ptr; / pointer to request message / 4 / Despite its name, this routine is not called on every clock tick. It 5 is called on those clock ticks when a lot of work needs to be done. 6 / / A process used up a full quantum. The interrupt stored this 9 process in prev ptr. First make sure that the process is not on the 10 scheduling queues. Then announce the process ready again. Since it has 11 no more time left, it gets a new quantum and is inserted at the right 12 place in the queues. As a side effect a new process will be scheduled. 13 / 14 if (prev ptr >p ticks left <= 0 && priv(prev ptr) >s flags & PREEMPTIBLE) { 15 lock dequeue(prev ptr); / take it off the queues / 16 lock enqueue(prev ptr); / and reinsert it again / 17 }

5 18 / Check if a clock timer expired and run its watchdog function. / 19 if (next timeout <= realtime) { 20 tmrs exptimers(&clock timers, realtime, NULL); 21 next timeout = clock timers == NULL? 22 TMR NEVER : clock timers >tmr exp time; 23 } / Inhibit sending a reply. / 26 return(edontreply); 27 } 408