hrtimer

전체 흐름

hrtimer_start_range_ns는 타이머를 CPU별 큐에 등록하고 돌아온다. 만료 실행은 별도의 진입점이다. 고해상도 모드의 clockevent IRQ에서는 HARD 큐를 실행하고, SOFT 만료는 별도 softirq에 넘긴다.

소스 코드 위치와 범위

아래 발췌와 행 번호는 보유 중인 Linux v6.6 kernel/time/hrtimer.c 파일을 기준으로 한다. 출처 링크는 공식 v6.6 태그의 해당 파일로 연결한다. 일반 타이머의 kernel/time/timer.c와 hrtimer 구현을 혼동하지 않는다. 세 연속 발췌 89행의 일치는 보관 소스를 기준으로 검증했으며, 실제 장비의 지연이나 런타임 동작을 측정한 결과는 아니다.

• kernel/time/hrtimer.c · 등록, 큐 실행, clockevent 요청
• include/linux/hrtimer.h · hrtimer 객체와 모드 정의
• kernel/time/timer.c · 일반 타이머와 비교할 때만 참고

대표 코드: 등록, 실행, 재설정

	remove_hrtimer(timer, base, true, force_local);

	if (mode & HRTIMER_MODE_REL)
		tim = ktime_add_safe(tim, base->get_time());

	tim = hrtimer_update_lowres(timer, tim, mode);

	hrtimer_set_expires_range_ns(timer, tim, delta_ns);

	/* Switch the timer base, if necessary: */
	if (!force_local) {
		new_base = switch_hrtimer_base(timer, base,
					       mode & HRTIMER_MODE_PINNED);
	} else {
		new_base = base;
	}

	first = enqueue_hrtimer(timer, new_base, mode);
	if (!force_local)
		return first;

	/*
	 * Timer was forced to stay on the current CPU to avoid
	 * reprogramming on removal and enqueue. Force reprogram the
	 * hardware by evaluating the new first expiring timer.
	 */
	hrtimer_force_reprogram(new_base->cpu_base, 1);
	return 0;

static void __hrtimer_run_queues(struct hrtimer_cpu_base *cpu_base, ktime_t now,
				 unsigned long flags, unsigned int active_mask)
{
	struct hrtimer_clock_base *base;
	unsigned int active = cpu_base->active_bases & active_mask;

	for_each_active_base(base, cpu_base, active) {
		struct timerqueue_node *node;
		ktime_t basenow;

		basenow = ktime_add(now, base->offset);

		while ((node = timerqueue_getnext(&base->active))) {
			struct hrtimer *timer;

			timer = container_of(node, struct hrtimer, node);

			/*
			 * The immediate goal for using the softexpires is
			 * minimizing wakeups, not running timers at the
			 * earliest interrupt after their soft expiration.
			 * This allows us to avoid using a Priority Search
			 * Tree, which can answer a stabbing query for
			 * overlapping intervals and instead use the simple
			 * BST we already have.
			 * We don't add extra wakeups by delaying timers that
			 * are right-of a not yet expired timer, because that
			 * timer will have to trigger a wakeup anyway.
			 */
			if (basenow < hrtimer_get_softexpires_tv64(timer))
				break;

			__run_hrtimer(cpu_base, base, timer, &basenow, flags);
			if (active_mask == HRTIMER_ACTIVE_SOFT)
				hrtimer_sync_wait_running(cpu_base, flags);
		}
	}
}

	if (!ktime_before(now, cpu_base->softirq_expires_next)) {
		cpu_base->softirq_expires_next = KTIME_MAX;
		cpu_base->softirq_activated = 1;
		raise_softirq_irqoff(HRTIMER_SOFTIRQ);
	}

	__hrtimer_run_queues(cpu_base, now, flags, HRTIMER_ACTIVE_HARD);

	/* Reevaluate the clock bases for the [soft] next expiry */
	expires_next = hrtimer_update_next_event(cpu_base);
	/*
	 * Store the new expiry value so the migration code can verify
	 * against it.
	 */
	cpu_base->expires_next = expires_next;
	cpu_base->in_hrtirq = 0;
	raw_spin_unlock_irqrestore(&cpu_base->lock, flags);

	/* Reprogramming necessary ? */
	if (!tick_program_event(expires_next, 0)) {
		cpu_base->hang_detected = 0;
		return;
	}

함수별 분석

등록 함수의 큐 삽입, 만료 함수의 콜백 호출, 장치의 다음 이벤트 요청은 서로 다른 경계다. 같은 타이머를 다시 등록할 때에는 큐 선두 여부와 CPU 이동 조건 때문에 재설정이 달라진다.

CPU별 큐와 만료 범위

CPU별 hrtimer_cpu_base 안에 시계 기준·실행 문맥별 hrtimer_clock_base가 있다. 각 clock base의 active timerqueue가 개별 타이머의 node를 보유한다. 객체 포함 관계와 실행 순서를 혼동하면 안 된다. 아래의 소문자 soft/hard 만료 시각은 slack 범위의 두 경계이고, 그림 4의 대문자 HARD/SOFT는 콜백 실행 문맥을 뜻한다.

HARD IRQ와 SOFT softirq

고해상도 모드에서 hrtimer_interrupt는 HARD 큐를 그 IRQ 안에서 실행한다. SOFT 만료는 HRTIMER_SOFTIRQ를 올리고, hrtimer_run_softirq가 별도로 SOFT 큐를 실행한다. v6.6의 PREEMPT_RT에서는 HARD로 명시하지 않은 타이머를 초기화할 때 SOFT 쪽으로 옮긴다(1551–1558행).

경계 조건과 취소

계측과 검증

timer trace 이벤트를 짧게 켜서 등록과 콜백 진입·종료를 대조한다. hrtimer_interrupt는 필요하면 함수 추적 대상으로 지정한다. ftrace:hrtimer_interrupt라는 이벤트 이름으로 가정하지 않는다.

(
cd /sys/kernel/tracing || exit 1
command -v timeout >/dev/null || exit 1
start=events/timer/hrtimer_start/enable
expire=events/timer/hrtimer_expire_entry/enable
start_before=$(cat "$start") || exit 1
expire_before=$(cat "$expire") || exit 1
restore() {
  printf '%s\n' "$start_before" > "$start"
  printf '%s\n' "$expire_before" > "$expire"
}
trap restore EXIT
trap 'exit 130' INT
trap 'exit 143' TERM
printf '1\n' > "$start" || exit 1
printf '1\n' > "$expire" || exit 1
timeout 5 cat trace_pipe
)

쓰기 권한과 tracefs 마운트가 필요하다. 다른 계측 작업과 같은 tracefs 설정·버퍼를 공유하지 않는 환경에서만 실행한다. trace_pipe는 읽은 레코드를 소비하며, 강제 종료(SIGKILL) 때는 trap도 실행되지 않으므로 저장한 설정을 별도로 복원해야 한다. 이 예시는 장비에서 실행 검증하지 않았다.

코드에서 다시 확인할 질문

• 같은 타이머를 다시 등록할 때 force_local과 first는 각각 어떤 재설정 결정을 만드는가?
• slack 5 ms 예시에서 soft 만료 검사와 다음 clockevent 후보는 왜 다른 시각을 보는가?
• SOFT 만료 알림과 실제 콜백 진입은 trace에서 어떻게 구분할 수 있는가?
• 상대 CLOCK_REALTIME 타이머가 시각 조정의 영향을 받지 않도록 v6.6 초기화는 무엇을 바꾸는가?