[ Linux Kernel ] 16. 타이머와 시간관리

20. 타이머와 시간 관리

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지난 5강에선 Timeslice 라는 CPU에게 주어지는 사용시간과 CPU의 사용 순서를 관리하는 커널 스케쥴링에 대하여 공부를 했다. 이번 시간에는 그 시간의 단위에 대한 공부와 여러 개의 인터럽트가 일어났을 때의 관리방법에 대하여 공부를 할 것이다.

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우리는 시계가 돌아갈때 나는 소리를 째깍째깍 거린다고 표현을 하며 이는 영어로 Tick Tack이라고 표현이 된다. 이때 일초에 1000번 째깍거리면 1000 헤르츠(Hertz, HZ)라고 하고 이는 1 밀리세컨드(1 Millisecond)가 된다. 이러한 표현들은 물리학에서 사용하는 표현들이고 #define HZ 1000이라는 표현을 사용하면 1초에 1000번 인터럽트가 걸리는 설정으로 된다. 대부분의 경우에는 100을 걸어 놓는다.

시스템이 켜진(부팅 된) 이후에 몇 번 tick을 했는지 기록한 것을 우리는 Jiffies라고 표현을 한다. 이는 전역 변수이며 카운터의 역할을 한다. 이러한 Jiffies를 설정된 HZ로 나누면 몇 초가 흘렀는지 알 수 있다.

# Note
예시: Jiffies가 24000이고 HZ가 100으로 설정되어 있었다면 24000/100 즉 시스템이 부팅된 이후 240초가 흘렀다는 것을 알 수 있다.

위에서 우리는 HZ의 단위로 인터럽트를 걸기위해 이러한 시간 개념을 도입했다는 것을 살펴봤. 그렇다면 왜 1초에 100번씩이나 인터럽트가 걸려야 하는 것 일까. 왜 I/O 인터럽트처럼 어떤 입력이나 할 일이 생겼을 때만 인터럽트를 하면 되는 것 아닐까라는 의문을 품을 수 있을 것이다.

시스템에 시간 단위를 도입한 이유는 먼저 특정 시간마다 반복이 필요한 일들을 처리하려면 시스템이시간의 개념을 알아야 하기 때문이다. 사실 가장 중요한 이유는 스케쥴링에 필요하다는 점이다. 프로세스들은 CPU를 사용할 수 있는 시간인 Timeslice를 배정받게 된다.

이때 얼마만큼의 시간이 지났는지 파악해 다음 작업에 CPU를 넘겨주는 등의 역할을 할때 시간의 단위를 사용하게 된다. 즉, 하나의 작업이 다 끝날때까지 다음 작업이 기다리는 것이 아닌 **HZ**의 단위로 계속해서 프로세스들이 돌아가며 작업을 할 수 있게 해주기 위해 계속해서 특정 시간마다 인터럽트를 걸어주는 것 이다.

# Note
첫번째 이유에 대한 예시: 만약 안구건조증이 있는 사람이라면 2시간 마다 하던 일을 멈추고 반복적으로 약을 넣어줘야 한다.
두번째 이유에 대한 예시: 학교에서 하루종일 한 과목만 할 수는 없기에 수업 시간 종소리를 통해 다음 수업을 진행한다.

그렇다면 이런 인터럽트의 횟수를 100에서 1000번을 하게 HZ를 설정하면 좋은 것 일까? 꼭 그렇지만은 않다. 물론 인터럽트 하는 주기가 늘어났기에 반응을 해주는 횟수는 증가할 수 있다. 그러나 많은 인터럽트를 하면서 오버헤드가 증가하기 때문에 현재 쓰는 장치들은 대부분 100 HZ라는 적절한 숫자로 설정해 준 것이다.

이러한 시스템의 시간은 크게 Timer 와 Real-Time Clock(RTC) 2가지로 나눌 수 있다. 먼저 Timer는 주기적으로 CPU에게 인터럽트를 거는 역할을 한다. 이러한 Timer는 프로그램적으로 인터럽트를 걸 수 있게 설정할 수도 있다.

Real-Time Clock은 현실 세계의 시간을 표현하며 PC의 전원을 꺼놔도 보조 베터리를 통해 계속해서 현재 시간을 측정 한다. 후에 다시 PC를 켰을때 시스템은 Real-Time Clock의 시간을 보고 현재 시간을 표시한다. 그렇다면 이제 이런 타이머 인터럽트를 관리하는 핸들러의 실제 구현을 아래 그림과 함께 알아보자.

먼저 인터럽트가 걸리면 dotimer(struct ptregs *regs)로 들어와 Jiffies를 하나 증가시키게 된다. 이때 Jiffies는 시스템이 켜진 이후 매번 카운트를 하는 역할을 함으로 64비트라는 매우 큰 크기로 정해준다. 그 후에 update_process_times(user_mode(regs))를 통해 몇번이나 인터럽트가 걸렸는지 업데이트를 하는데 이때 인터럽트가 걸린 순간에 User 모드였는지 Kernel 모드였는지 같이 기록을 한다.

이러한 타이머는 프로그램으로 특정 시간으로 설정 할 수도 있으며 지연 시킬 수도 있다는 점 정도만 알아두고 이런 타이머에 의해 걸리는 인터럽트에 대해 자세히 알아보자