Является ли прерывание таймера независимым от того, находится ли система в режиме ядра или пользовательском режиме?

Простой ответ заключается в том, что ни на выполнение процедуры обслуживания прерывания аппаратных часов, ни на планирование обработчиков динамического таймера не влияет режим, в котором находилась система до прерывания аппаратных часов. Причина в том, что прерывание по тактовому таймеру является аппаратным прерыванием, которое обслуживается немедленно, независимо от того, происходит ли выполнение в контексте ядра или пользователя (при условии, что прерывание по таймеру включено), а процедура обслуживания прерывания для прерывания по тактовому таймеру сам вызывает программное прерывание, которое запускает обработчики динамического таймера.

Предостережение: 1) Я на самом деле не доказал это эмпирически. 2) Это не относится к бестактным ядрам или таймерам высокого разрешения.

В коде ядра Linux слово «таймер» используется для обозначения нескольких разных вещей:

1. аппаратный таймер или прерывание по часам, которое дает ядру свои тики
2. динамические таймеры — программные таймеры, используемые ядром и драйверами
3. интервальные таймеры - (установочные таймеры и вызовы алармной системы) программные таймеры для процессов пользовательского режима

Аппаратные часы или таймер

В системах, которые используют аппаратные часы для обеспечения тика, прерывание таймера часов является аппаратным прерыванием, зависящим от архитектуры. Например, найдите timer_interrupt в arch/powerpc. /kernel/head_booke.h, а затем просмотрите реализацию процедуры обслуживания прерываний (ISR) timer_interrupt в arch/powerpc/kernel/time.c. Этот ISR выполняется немедленно, когда происходит прерывание таймера, независимо от текущего контекста выполнения. Это аппаратное прерывание отличается от других аппаратных прерываний тем, что когда оно возвращается, обработка не возвращается к предыдущему контексту. Вместо этого вводится планировщик.

Для системы, настроенной на создание 1000 прерываний часов в секунду, есть вероятность, что прерывания часов будут иногда маскироваться, когда обслуживаются другие прерывания. Обычно это называют проблемой потерянных тиков. Без компенсации потерянных тиков загруженная система может иметь замедленное чувство времени. В некоторых архитектурах ядро ​​компенсирует потерянные тики с помощью более точного аппаратного счетчика приращений, значение которого считывается и записывается при каждом прерывании тактового таймера. Сравнивая значение счетчика приращения текущего тика со значением счетчика приращения предыдущего тика, ядро ​​может сказать, был ли потерян такт.

Программные таймеры

Список обработчиков динамических таймеров (тип, который вы задали с помощью linux/timer.h) динамических таймеров с истекшим сроком действия устанавливается в конце прерывания тактового таймера перед его возвратом. Последовательность такая (приблизительно):

[arch dependent]:timer_interrupt( )
kernel/time/tick-common.c:tick_handle_periodic( )
kernel/time/tick-common.c:tick_periodic( )
kernel/timer.c:update_process_times( )
kernel/timer.c:run_local_timers( )
kernel/softirq.c:raise_softirq(TIMER_SOFTIRQ)

Я пропустил инициализации, которые устанавливали обработчик для timer_interrupt в tick_handle_periodic, а обработчик для TIMER_SOFTIRQ.

Вызов raise_softirq(TIMER_SOFTIRQ) генерирует программное прерывание, которое немедленно обслуживается. ISR для прерывания запускает очередь динамического таймера. Обработчики таймеров работают в контексте softirq с включенными аппаратными прерываниями. Когда ISR возвращается, вызывается планировщик. Это означает, что если установлено много таймеров, любой процесс, который окажется следующим в очереди выполнения, будет задержан.

Если были потерянные тики, то выполнение обработчиков таймера могло быть задержано, однако задержка не зависит от контекста выполнения до запуска прерывания часового таймера.

Примечание о точности динамического таймера

...ядро не может гарантировать, что функции таймера запустятся прямо в момент истечения срока их действия. Он может только обеспечить их выполнение либо в нужное время, либо позже с задержкой до нескольких сотен миллисекунд. Понимание ядра Linux, Bovet and Cesati, 3-е издание, O'reilly.

Итак, если вам нужна более высокая точность таймера, вам нужно использовать таймеры с высоким разрешением.

Ссылки: Программные прерывания и режим реального времени