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  • 시스템 타이머의 진동수가 높을 때와 낮을 때의 장단점을 각각 기술하시오.

    • 진동수(HZ): 1초에 jiffies가 업데이트되는 횟수

    • 높을 때

      • 장점

        1. 타이머가 더 자주 울리므로 정확도 향상
        2. 타임아웃 값을 선택적으로 사용할 수 있는 poll()이나 select() 같은 시스템 호출의 정밀도 향상
        3. 프로세스 선점 정확도 향상
        4. 자원 사용률 및 시스템 가동 시간 등의 세밀한 측정 가능

      • 단점

        1. 부가 비용의 증가
          • 타이머 인터럽트가 더 자주 발생하여 프로세서가 타이머 인터럽트 처리에 드는 총 시간 증가
          • 프로세서 캐시 정보가 더 자주 손실
          • 전력 소모 증가

    • 낮을 때

      • 장점

        1. 부가 비용의 감소
          • 프로세서가 타이머 인터럽트 처리에 드는 시간 감소
          • Context Switch 주기가 길어져 프로세서 캐시 정보 보존률 증가
          • 전력 소모 감소

      • 단점

        1. poll()이나 select() 같은 시스템 호출의 정밀도 감소
        2. 스케줄링 지연 발생 가능성이 높음
        3. 자원 사용률 및 시스템 가동시간 등과 같은 측정값들의 정확도 감소

  • 타이머 인터럽트 핸들러의 동작 과정을 서술하시오.

    • 타이머 인터럽트 핸들러는 아키텍처 종속적인 부분 과 아키텍처 독립적인 부분 으로 나눌 수 있다. 아키텍처 독립적인 부분 은 대부분 아키텍처의 타이머 인터럽트 핸들러가 수행하는 최소한의 작업을 처리하는 부분이고, 아키텍처 종속적인 부분 은 아키텍처에 따라 작업 내용이 달라질 수 있는 부분이다.

    • 아키텍처 독립적인 부분

      • jiffies_64 및 xtime변수에 안전하게 접근하기 위해 xtime_lock을 얻는다.
        • 공유 변수에 하나의 스레드만 접근할 수 있도록 하기 위한 것과 더불어, 32비트 컴퓨터에서는 64비트 값에 원자적으로 접근할 수 없어서 락을 얻기도 한다.
      • 필요에 따라 시스템 타이머를 확인하고 재설정한다.
      • x86같은 일부 아키텍처는 주기적으로 갱신되는 xtime값을 RTC값에 반영한다.
      • 아키텍처 종속적 타이머 함수인 tick_periodic()함수를 호출한다.

    • tick_periodic()함수의 아키텍처 종속적인 부분

      • tick_periodic()함수의 대부분의 중요한 작업은 do_timer()함수와 update_process_times()함수에서 처리한다.
      • do_timer()
        • jiffies_64값 1 증가
          • 락을 얻었기 때문에 32비트 컴퓨터에서도 안전하게 이 작업을 처리할 수 있다.
        • update_wall_time()함수가 xtime에 저장된 현재 시간을 갱신한다.
        • calc_global_load()함수가 시스템의 평균 로드 통계를 갱신한다.
        • do_timer()함수가 반환되면 update_process_times()함수를 호출한다.
      • update_process_times()
        • account_process_tick()함수는 현재 실행 중인 프로세스가 소모한 자원 사용 통계값을 갱신한다.
          • 실제로 하나의 타이머 틱 동안 여러 프로세스가 실행되었을 수도 있지만, 커널은 타이머 인터럽트가 발생한 시점에 실행되고 있는 프로세스만이 해당 타이머 틱을 독점한 것으로 간주한다.
        • run_local_timers()함수는 softirq를 발생시켜서 설정 시간이 지난 동적 타이머를 실행한다.
        • schedule_tick()함수는 현재 실행 중인 프로세스의 타임슬라이스 값을 줄이고, 필요한 경우 need_sched플래그를 설정한다.
      • 이후 tick_periodic()함수는 처음의 아키텍처 독립적인 핸들러 함수로 반환되고, 필요한 정리 작업을 수행한 후 xtime_lock을 풀고 반환한다.

  • 실행 지연 해결책들의 특징과 장단점에 대해 논하시오.

    • 루프 반복

      • 정밀도가 중요하지 않을 때 사용한다.
      • 원하는 클럭 진동수가 지날 때까지 루프를 반복한다.
        • 장점
          • 단순하게 jiffies 값이 timeout 값을 초과했는지 검사하며 루프를 돌기에 가장 구현이 간단하다.
        • 단점
          • 실행 지연을 하는 동안 프로세서가 무의미한 루프를 돌게되며, 유용한 작업을 수행하지 못한다.
          • 다른 프로세스에 의해 선점이 가능한 상황에서는 jiffies 값이 원하는 timeout 값을 초과하여 원하는 시간 지연을 얻지 못할 수 있다.

    • 작은 지연

      • 나노초, 마이크로초, 밀리초와 같이 원하는 실행 지연 시간이 클럭 주기 보다 짧은 경우 ndelay(), udelay(), mdelay() 의 세 가지 함수를 사용하여 지연 처리를 한다.
      • 루프를 1회 돌 때 걸리는 정확한 시간을 이용해 실행 지연을 수행한다.
        • 장점
          • 정밀도가 높아 세밀한 지연 시간을 얻을 수 있다.
        • 단점
          • 매우 작은 시간에서만 사용해야 하며 큰 값을 사용한다면 udelay() 와 같은 함수에서 사용하는 단위가 매우 작기에 쉽게 overflow 현상이 발생할 수 있다.

    • schedule_timeout()

      • add_timer() 함수를 사용해 지정한 시간을 설정하고 __휴면 상태__로 전환한다.
      • 휴면이 가능해야 하기에 프로세스 컨텍스트에서 잠금을 설정하지 않은 상태에서만 사용할 수 있다.
        • 장점
          • 실행 지연을 수행하는 동안 CPU를 무의미하게 소모하지 않고 휴면 상태에 들어가 CPU 이용률을 높여준다.
        • 단점
          • 최소한 add_timer() 함수에 지정한 시간이 지나야 깨워져 실행 대기열에 들어가기에 정확히 원하는 지연 시간을 얻지 못할 수 있다.

  • schedule_timeout()은 작은 지연에서도 udelay, mdelay보다 더 나은 해결책인가?

    • 지연 시간이 상당히 작은 상황에서는 schedule_timeout() 의 대기전환, 깨우기 비용이 지연 시간을 초과할 수 있기에 작은 지연 에서는 udelay(), mdelay() 함수를 사용하는 것이 성능상 이점이 있을 것이다.