QUESTION
timer queue와 tick 처리 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?
callback이 IRQ 문맥에서 실행되는지와 lock이 풀린 구간을 구분한다. callback이 timer를 재등록할 때 iterator와 deadline 계산이 안전한지 확인한다.
한 번의 만료 처리에서 timer를 queue에서 꺼내 callback을 호출한다. periodic timer는 취소되거나 callback이 직접 재등록하지 않았다면 다음 만료 시각으로 다시 삽입되므로, timer 전체 수명 동안 한 번만 호출되는 것은 아니다. 이 문장을 기준으로 코드를 위에서 아래로 읽으면, 함수 이름을 외우는 대신 어느 시점에 어떤 상태를 신뢰할 수 있는지 판단할 수 있다.
STRUCTURE
객체와 주소가 놓이는 구조
struct timer / timer_queue를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.
CALL PATH
실행 흐름
화살표는 단순 호출 순서만 뜻하지 않는다. 각 단계가 성공을 반환할 때 다음 단계가 읽을 수 있는 상태가 무엇인지 함께 확인한다. 오류 반환이 발생하면 바로 다음 화살표로 진행하지 않고 해당 단계의 정리 경로를 따라간다.
STATE LEDGER
단계별 입력과 출력
각 단계의 입력과 처리 후 바뀌는 상태를 정리한 표다. 사용 중인 소스 버전에서 다른 필드를 변경한다면 그에 맞춰 표도 수정한다.
| # | 단계 | 진입 시 신뢰할 상태 | 성공 뒤 남아야 할 상태 | 다음 소비자 |
|---|---|---|---|---|
| 01 | hardware timer IRQ | platform timer interrupt 문맥 | platform clockevent | timer_tick |
| 02 | timer_tick | hardware timer IRQ 완료 상태 | timer queue | expired timer list |
| 03 | expired timer list | timer_tick 완료 상태 | callback result | callback |
| 04 | callback | expired timer list 완료 상태 | scheduler request | INT_RESCHEDULE |
| 05 | INT_RESCHEDULE | callback 완료 상태 | scheduler request | 이 단계의 처리 결과를 사용하는 코드 |
분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계에 잘못된 입력을 넘긴 부분부터 조사한다.
VISUAL WALKTHROUGH
주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기
아래 그림은 주소, 객체를 사용하는 기간, 제어권을 넘기는 시점을 중심으로 정리했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, 맵 파일과 링커 심벌로 확인한다.
호출 이름만 나열하지 않고, 각 단계가 다음 단계에 넘기는 상태를 기준으로 실행 순서를 표시한다.
두 열의 객체는 이름이 비슷해도 생성 시점, 사용 가능한 API와 해제 책임이 다르다.
Inactive
01queue link 없음
02deadline 무효
03cancel은 no-op 가능
04owner가 재사용 가능
05callback 실행 안 됨
Active / callback
01한 CPU queue에 연결
02absolute deadline 유효
03cancel과 IRQ 경합
04callback 중 재등록 가능
05reschedule 반환 가능
UPSTREAM SOURCE
원본 코드
아래 코드는 LK upstream 1eb9917의 kernel/timer.c에서 20-108줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.
20 * @{
21 */
22#include <kernel/timer.h>
23
24#include <assert.h>
25#include <kernel/debug.h>
26#include <kernel/spinlock.h>
27#include <kernel/thread.h>
28#include <lk/debug.h>
29#include <lk/list.h>
30#include <lk/trace.h>
31#include <platform.h>
32#include <platform/timer.h>
33
34#define LOCAL_TRACE 0
35
36spin_lock_t timer_lock;
37
38struct timer_state {
39 struct list_node timer_queue;
40} __CPU_ALIGN;
41
42static struct timer_state timers[SMP_MAX_CPUS];
43
44static enum handler_return timer_tick(void *arg, lk_time_t now);
45
46/**
47 * @brief Initialize a timer object
48 */
49void timer_initialize(timer_t *timer) {
50 *timer = (timer_t)TIMER_INITIAL_VALUE(*timer);
51}
52
53static void insert_timer_in_queue(uint cpu, timer_t *timer) {
54 timer_t *entry;
55
56 DEBUG_ASSERT(arch_ints_disabled());
57
58 LTRACEF("timer %p, cpu %u, scheduled %u, periodic %u\n", timer, cpu, timer->scheduled_time, timer->periodic_time);
59
60 list_for_every_entry(&timers[cpu].timer_queue, entry, timer_t, node) {
61 if (TIME_GT(entry->scheduled_time, timer->scheduled_time)) {
62 list_add_before(&entry->node, &timer->node);
63 return;
64 }
65 }
66
67 /* walked off the end of the list */
68 list_add_tail(&timers[cpu].timer_queue, &timer->node);
69}
70
71static void timer_set(timer_t *timer, lk_time_t delay, lk_time_t period, timer_callback callback, void *arg) {
72 lk_time_t now;
73
74 LTRACEF("timer %p, delay %u, period %u, callback %p, arg %p\n", timer, delay, period, callback, arg);
75
76 DEBUG_ASSERT(timer->magic == TIMER_MAGIC);
77
78 if (list_in_list(&timer->node)) {
79 panic("timer %p already in list\n", timer);
80 }
81
82 now = current_time();
83 timer->scheduled_time = now + delay;
84 timer->periodic_time = period;
85 timer->callback = callback;
86 timer->arg = arg;
87
88 LTRACEF("scheduled time %u\n", timer->scheduled_time);
89
90 spin_lock_saved_state_t state;
91 spin_lock_irqsave(&timer_lock, state);
92
93 uint cpu = arch_curr_cpu_num();
94 insert_timer_in_queue(cpu, timer);
95
96#if PLATFORM_HAS_DYNAMIC_TIMER
97 if (list_peek_head_type(&timers[cpu].timer_queue, timer_t, node) == timer) {
98 /* we just modified the head of the timer queue */
99 LTRACEF("setting new timer for %u msecs\n", delay);
100 platform_set_oneshot_timer(timer_tick, NULL, delay);
101 }
102#endif
103
104 spin_unlock_irqrestore(&timer_lock, state);
105}
106
107/**
108 * @brief Set up a timer that executes once
READING CONTRACT
발췌 범위와 읽기 기준
원문 20-108줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 static enum handler_return timer_tick(void *arg은 L44에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.
callback이 IRQ 문맥에서 실행되는지와 lock이 풀린 구간을 구분한다. callback이 timer를 재등록할 때 iterator와 deadline 계산이 안전한지 확인한다.
RELATED SOURCE
함께 읽어야 하는 원본 코드
첫 코드 조각만으로 동작이 완성되지 않는 경우 호출 매크로, 객체 정의와 실제 실행 목록을 같은 페이지에 묶었다. 각 조각은 같은 기준 commit에서 가져왔다.
01. timer의 만료 시각과 callback을 queue에 등록
kernel/timer.c 61-133줄이다.
61 if (TIME_GT(entry->scheduled_time, timer->scheduled_time)) {
62 list_add_before(&entry->node, &timer->node);
63 return;
64 }
65 }
66
67 /* walked off the end of the list */
68 list_add_tail(&timers[cpu].timer_queue, &timer->node);
69}
70
71static void timer_set(timer_t *timer, lk_time_t delay, lk_time_t period, timer_callback callback, void *arg) {
72 lk_time_t now;
73
74 LTRACEF("timer %p, delay %u, period %u, callback %p, arg %p\n", timer, delay, period, callback, arg);
75
76 DEBUG_ASSERT(timer->magic == TIMER_MAGIC);
77
78 if (list_in_list(&timer->node)) {
79 panic("timer %p already in list\n", timer);
80 }
81
82 now = current_time();
83 timer->scheduled_time = now + delay;
84 timer->periodic_time = period;
85 timer->callback = callback;
86 timer->arg = arg;
87
88 LTRACEF("scheduled time %u\n", timer->scheduled_time);
89
90 spin_lock_saved_state_t state;
91 spin_lock_irqsave(&timer_lock, state);
92
93 uint cpu = arch_curr_cpu_num();
94 insert_timer_in_queue(cpu, timer);
95
96#if PLATFORM_HAS_DYNAMIC_TIMER
97 if (list_peek_head_type(&timers[cpu].timer_queue, timer_t, node) == timer) {
98 /* we just modified the head of the timer queue */
99 LTRACEF("setting new timer for %u msecs\n", delay);
100 platform_set_oneshot_timer(timer_tick, NULL, delay);
101 }
102#endif
103
104 spin_unlock_irqrestore(&timer_lock, state);
105}
106
107/**
108 * @brief Set up a timer that executes once
109 *
110 * This function specifies a callback function to be called after a specified
111 * delay. The function will be called one time.
112 *
113 * @param timer The timer to use
114 * @param delay The delay, in ms, before the timer is executed
115 * @param callback The function to call when the timer expires
116 * @param arg The argument to pass to the callback
117 *
118 * The timer function is declared as:
119 * enum handler_return callback(struct timer *, lk_time_t now, void *arg) { ... }
120 */
121void timer_set_oneshot(timer_t *timer, lk_time_t delay, timer_callback callback, void *arg) {
122 if (delay == 0)
123 delay = 1;
124 timer_set(timer, delay, 0, callback, arg);
125}
126
127/**
128 * @brief Set up a timer that executes repeatedly
129 *
130 * This function specifies a callback function to be called after a specified
131 * delay. The function will be called repeatedly.
132 *
133 * @param timer The timer to use
DETAILS
내부 동작을 더 깊게 읽기
진입 조건을 먼저 고정한다
hardware timer IRQ에서 들어온 실행은 platform timer interrupt 문맥에 놓여 있다. 이때 interrupt, MMU/cache, stack, heap 중 무엇이 이미 준비되었는지 소스의 호출자까지 올라가 확인한다. 같은 함수라도 SPL, relocation 전후, app thread처럼 호출 문맥이 달라지면 허용되는 API와 지연 시간이 달라진다.
callback이 IRQ 문맥에서 실행되는지와 lock이 풀린 구간을 구분한다. callback이 timer를 재등록할 때 iterator와 deadline 계산이 안전한지 확인한다.
중심 객체의 생성과 공개를 나눈다
이 글의 중심 객체는 struct timer / timer_queue다. 메모리를 확보한 시점, 필드를 채운 시점, 전역 list나 다른 subsystem에 공개한 시점을 구분한다. 공개 뒤 오류가 발생한다면 목록에서 제거하고 child, buffer, reference를 역순으로 정리하는지 확인한다.
빌드 산출물 관점에서는 최종 부트로더 이미지 안에 해당 symbol과 section이 실제로 포함되었는지도 map과 objdump로 검증한다.
주소, 크기와 정렬을 계산한다
부트 코드에서는 주소 계산 오류를 주의해야 한다. 원본과 목적지의 주소 범위, 헤더에 기록된 데이터 크기, 블록·페이지 단위를 표로 정리하고 각 구간의 끝 주소를 계산한다. 끝 주소가 start + size - 1처럼 마지막 바이트를 가리키는지, 구간 바로 다음 주소를 가리키는지는 API 규약에서 확인한다.
성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다
timer_tick → expired timer list → callback 구간에서는 부분 초기화 상태가 생길 수 있다. flag, list insertion, callback 등록, storage write 완료 중 무엇이 성공의 기준인지 찾는다. hardware write나 DMA가 포함되면 함수 반환과 장치 완료가 같은 시점인지도 확인한다.
다른 CPU, 인터럽트 처리기, USB 완료 콜백, 셸 명령에서도 이 상태를 읽는다면 메모리 접근 순서와 잠금 범위를 함께 확인한다.
제어권을 넘기기 전에 확인할 조건을 정리한다
정상 경로는 INT_RESCHEDULE에서 끝난다. 이 단계가 함수 반환인지, scheduler 전환인지, 다른 image로의 비복귀 분기인지 구분한다. 비복귀 handoff라면 cache clean/invalidate, interrupt disable, 장치 quiesce, argument register와 FDT 또는 image address가 최종 점검 항목이다.
호출한 함수로 돌아오는 경로라면 오류와 일부 처리만 완료된 상태를 구분하는지 확인한다. 이어서 다음 후보를 시도할지, 복구 절차를 실행할지 살펴본다.
IMPLEMENTATION NOTES
구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분
timer queue의 key는 절대 deadline이다
relative delay를 현재 clock에 더해 deadline을 만들고 정렬 queue에 넣는다. tick wrap, 32/64-bit 변환과 단위 변환에서 overflow가 나면 가까운 timer가 먼 미래로 이동한다.
같은 deadline timer의 안정적 순서가 API 계약인지 우연인지 구분한다.
callback 문맥이 허용하는 API를 제한한다
timer callback이 interrupt 문맥에서 실행되면 sleep, blocking lock과 일반 allocation을 사용할 수 없다. callback이 DPC나 thread로 일을 넘기는지, callback 실행 중 queue lock을 놓는지 확인한다.
긴 callback 하나가 뒤 timer의 latency를 밀어내므로 callback별 실행 시간을 측정한다.
cancel과 expiry가 경쟁하는 수명 문제를 본다
다른 CPU가 callback을 꺼낸 순간 cancel이 queue에서 찾지 못할 수 있다. cancel 반환이 callback 미실행을 보장하는지, 실행 중 완료를 기다리는 API가 따로 있는지 확인한다.
timer를 품은 owner 객체를 free하기 전에 callback quiescence가 보장되는지 race 주입으로 검증한다.
OBJECT LIFETIME
객체와 수명
| 대상 | 만들어지는 시점 | 유효 범위 | 확인할 조건 |
|---|---|---|---|
struct timer / timer_queue | timer_tick | INT_RESCHEDULE 또는 오류 정리 완료까지 | 진입 전제와 상태 계약 |
| 입력 buffer / metadata | hardware timer IRQ | parse와 검증이 끝날 때까지 | 길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성 |
| 등록된 list / descriptor | expired timer list | 하위 시스템을 종료하거나 다음 이미지에 제어권을 넘길 때까지 | 중복 등록, 해제된 객체를 가리키는 포인터, 오류 후 자원 정리 |
| hardware 또는 persistent state | 실제 write/probe가 완료된 뒤 | reset 또는 명시적 해제·갱신까지 | 쓰기 완료, 시간 초과, 전원 차단, 이전 상태 복원 |
최종 부트로더 이미지 | link/image 생성 시점 | 다음 stage가 새 image로 교체할 때까지 | 적재 주소, 진입점, 섹션, 헤더의 일치 여부 |
FAILURE PATH
실패 지점과 증상
| # | 조건 | 관찰되는 증상 | 먼저 볼 단계 |
|---|---|---|---|
| 01 | 시간 wrap 처리 오류 | timer 장기 지연 | timer_tick |
| 02 | callback 중 재등록 | list corruption | expired timer list |
| 03 | INT_RESCHEDULE 손실 | wakeup 후 실행 지연 | callback |
로그가 끊긴 함수뿐 아니라 그 함수에 주소, 크기, 플래그를 전달한 앞 단계도 조사한다. 오류 처리 후 등록된 객체나 하드웨어 설정이 그대로 남아 있는지도 확인한다.
EVIDENCE
소스 밖에서 확인할 증거
소스에서 파악한 동작을 실제 빌드 결과와 대상 보드의 로그로 확인한다. 아래 명령의 보드 이름과 툴체인 접두사는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.
| # | 목적 | 명령 또는 계측 | 판정 기준 |
|---|---|---|---|
| 01 | 빌드 구성 | make <project> -j1 | platform, target, app 선택과 linker 입력을 로그로 남긴다. |
| 02 | symbol과 주소 | nm -n build-*/lk.elf | grep 'static enum handler_return timer_tick' | init hook, app descriptor와 함수가 어느 주소에 놓였는지 확인한다. |
| 03 | 어셈블리 대조 | objdump -drS build-*/lk.elf | thread 전환과 interrupt disable 구간의 실제 명령을 확인한다. |
| 04 | 초기화 순서 | init level 전후에 current_time_hires()와 함수 이름 기록 | level 내부 순서와 지연을 serial log로 남긴다. |
| 05 | 문맥 확인 | current_thread, interrupt state, stack pointer 기록 | 함수가 bootstrap thread인지 scheduler 이후 thread인지 구분한다. |
LAB
직접 확인할 실험
- 01timer insert/cancel/expire timestamp 기록
timer_tick진입 전후에 platform clockevent의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. - 02같은 deadline timer 여러 개 순서 확인
expired timer list진입 전후에 timer queue의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. - 03callback에서 timer 재등록 실험
callback진입 전후에 callback result의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.
PRIMARY REFERENCES