읽는 지도
interrupt/time 코드는 비동기 사건을 bounded latency의 kernel execution으로 변환한다. hardirq, softirq, timer callback, kthread가 같은 상태를 만지므로 context별 허용 동작을 먼저 나눠야 한다.
함수 이름보다 입력 객체와 출력 객체를 먼저 본다. 이 토픽에서 어떤 구조체가 생성, 연결, publish, retire되는지 표시한다.
정상 경로와 실패 경로를 같은 무게로 본다. kernel code의 품질은 성공 path보다 error unwind, hotplug, teardown에서 더 잘 드러난다.
왼쪽은 입력 또는 상위 계층이고, 오른쪽으로 갈수록 실제 상태 변경이 커진다. 문C식으로 읽을 때는 이 그림을 먼저 머리에 놓고 코드 조각을 끼워 넣는다.
원본 코드 좌표
Linux 6.18.37 LTS에서 열 파일
Linux 6.18.37 LTS: kernel/time/timekeeping.c
Linux 6.18.37 LTS: kernel/time/clocksource.c
Linux 6.18.37 LTS: kernel/time/tick-common.c
설명: 첫 파일은 보통 진입 함수가 있는 곳이고, 나머지는 구조체 정의, architecture glue, callback 구현을 확인할 때 같이 연다. 파일을 여러 개 놓고 봐야 이 토픽의 boundary가 보인다.
대표 코드
timekeeping_init
/* Flag for if there is a persistent clock on this platform */
static bool persistent_clock_exists;
/*
* timekeeping_init - Initializes the clocksource and common timekeeping values
*/
void __init timekeeping_init(void)
{
struct timespec64 wall_time, boot_offset, wall_to_mono;
struct timekeeper *tk = &tk_core.timekeeper;
struct clocksource *clock;
unsigned long flags;
read_persistent_wall_and_boot_offset(&wall_time, &boot_offset);
if (timespec64_valid_settod(&wall_time) &&
timespec64_to_ns(&wall_time) > 0) {
persistent_clock_exists = true;
} else if (timespec64_to_ns(&wall_time) != 0) {
pr_warn("Persistent clock returned invalid value");
wall_time = (struct timespec64){0};
}
if (timespec64_compare(&wall_time, &boot_offset) < 0)
boot_offset = (struct timespec64){0};
/*
* We want set wall_to_mono, so the following is true:
* wall time + wall_to_mono = boot time
*/
wall_to_mono = timespec64_sub(boot_offset, wall_time);
raw_spin_lock_irqsave(&timekeeper_lock, flags);
write_seqcount_begin(&tk_core.seq);
ntp_init();
clock = clocksource_default_clock();
if (clock->enable)
clock->enable(clock);
tk_setup_internals(tk, clock);
읽는 법: 이 절편에서 먼저 볼 것은 return 값이 아니라 상태 변경이다. 어떤 lock을 잡은 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패하면 어느 label로 빠지는지, 그리고 바뀐 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 소비하는지 표시한다.
ktime_get
* Employ the latch technique; see @raw_write_seqcount_latch.
*
* So if a NMI hits the update of base[0] then it will use base[1]
* which is still consistent. In the worst case this can result is a
* slightly wrong timestamp (a few nanoseconds). See
* @ktime_get_mono_fast_ns.
*/
static void update_fast_timekeeper(const struct tk_read_base *tkr,
struct tk_fast *tkf)
{
struct tk_read_base *base = tkf->base;
/* Force readers off to base[1] */
raw_write_seqcount_latch(&tkf->seq);
/* Update base[0] */
memcpy(base, tkr, sizeof(*base));
/* Force readers back to base[0] */
raw_write_seqcount_latch(&tkf->seq);
/* Update base[1] */
memcpy(base + 1, base, sizeof(*base));
}
static __always_inline u64 fast_tk_get_delta_ns(struct tk_read_base *tkr)
{
u64 delta, cycles = tk_clock_read(tkr);
delta = clocksource_delta(cycles, tkr->cycle_last, tkr->mask);
return timekeeping_delta_to_ns(tkr, delta);
}
static __always_inline u64 __ktime_get_fast_ns(struct tk_fast *tkf)
{
struct tk_read_base *tkr;
unsigned int seq;
u64 now;
do {
읽는 법: 이 절편에서 먼저 볼 것은 return 값이 아니라 상태 변경이다. 어떤 lock을 잡은 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패하면 어느 label로 빠지는지, 그리고 바뀐 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 소비하는지 표시한다.
함수별 독해
clocksource cycle 값을 monotonic/realtime/jiffies 계층으로 변환해 커널 전체의 시간 기준을 제공한다.
이 섹션은 원본 코드 발췌를 함수 이름 단위로 끊어, 각 함수가 어떤 전제 조건을 만들고 다음 함수가 무엇을 소비하는지 추적한다.
각 노드는 독립 함수가 아니라 전제 조건을 생산하고 소비하는 연결점이다. 코드를 읽을 때는 노드 사이에서 어떤 필드가 바뀌는지 표시한다.
1. timekeeping_init
timekeeping_init 주변에서는 clocksource를 중심으로 본다. 이 필드는 cycle provider 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 clocksource selected 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 신뢰할 counter 선택을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: jiffies와 ktime을 같은 정밀도로 봄
2. ktime_get
ktime_get 주변에서는 tk_core를 중심으로 본다. 이 필드는 timekeeper state 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 timekeeper initialized 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 base time 확정을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: NTP/RTC update와 monotonic 보장을 혼동함
| 함수 | 입력 | 상태 변경 | 검증 질문 |
|---|---|---|---|
| timekeeping_init | clocksource, caller context, subsystem 전제 조건 | clocksource selected: 신뢰할 counter 선택 | jiffies와 ktime을 같은 정밀도로 봄 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
| ktime_get | tk_core, caller context, subsystem 전제 조건 | timekeeper initialized: base time 확정 | NTP/RTC update와 monotonic 보장을 혼동함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
구조체 / 필드 해설
여기서는 “어떤 구조체가 있다”가 아니라 그 필드가 어느 단계에서 쓰기 가능하고 어느 단계부터 관찰 가능한지를 본다. 박사급 리뷰에서는 필드의 뜻보다 보호 규칙이 먼저다.
필드는 구조체 안에 흩어져 있지만, 실제 실행에서는 위 순서로 의미가 이어진다.
| 필드 | 읽는 법 | 확인 |
|---|---|---|
| clocksource | cycle provider | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| tk_core | timekeeper state | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| mult/shift | cycle to ns 변환 | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| seqcount | lockless reader consistency | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
상태 전이 그림
상태 전이를 따로 그리는 이유는 정상 path와 실패 path를 같은 표에서 보기 위해서다. 커널 regression은 흔히 마지막 상태가 아니라 중간 상태를 외부에 publish한 뒤 rollback하지 못해서 생긴다.
상태 전이는 단방향처럼 그렸지만, 실패 경로에서는 대부분 역순 rollback이 붙는다.
| 상태 | 의미 | 진입 조건 | 깨지는 지점 |
|---|---|---|---|
| clocksource selected | 신뢰할 counter 선택 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| timekeeper initialized | base time 확정 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| update_wall_time | accumulated cycles 반영 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| read path | seqcount로 consistent snapshot | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
불변조건 / 실패 케이스
timekeeping 의 중심 객체가 publish된 뒤에는 마지막 참조가 사라지기 전까지 teardown path가 모든 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.
상태 필드를 바꾼 뒤 다른 CPU나 하위 계층이 관찰할 수 있다면 lock, barrier, refcount, RCU 중 어느 장치가 visibility를 보장하는지 확인한다.
중간 단계 실패는 성공 단계의 역순으로 되돌아가야 한다. goto label이 많은 코드는 label 이름보다 어느 resource가 이미 획득됐는지를 표로 적는다.
embedded bring-up에서는 panic보다 silence, timeout, deferred probe, interrupt flood처럼 간접 증상으로 드러나는 경우가 많다.
jiffies와 ktime을 같은 정밀도로 봄
NTP/RTC update와 monotonic 보장을 혼동함
seqcount retry 없이 multi-field time을 읽는다고 가정함
계측 / 검증
계측은 printk 위치 경쟁이 아니라 가설 검증이다. 먼저 위 상태표에서 멈춘 state를 정하고, 그 state를 바꾸는 함수와 그 결과를 소비하는 함수를 동시에 본다.
| 도구 | 보는 것 | 해석 |
|---|---|---|
| timekeeping_update | timekeeping 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| clocksource_watchdog | timekeeping 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| perf stat cycles | timekeeping 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| trace_clock | timekeeping 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 토픽별 event를 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo ':mod:*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe
연구 질문
- timekeeping 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
- timekeeping 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
- 실험으로 확인한다면 'jiffies와 ktime을 같은 정밀도로 봄' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
- 실험으로 확인한다면 'NTP/RTC update와 monotonic 보장을 혼동함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?