| RFC-0237：使用 ZX_CLOCK_UPDATED 发出时钟更新信号 | |
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| 状态 | 已接受 |
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| 说明 | 添加了一种新类型的信号，该信号会在 Zircon 时钟更新时发送 |
| Gerrit 更改 | |
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| 审核人 | |
| 提交日期（年-月-日） | 2023-09-26 |
| 审核日期（年-月-日） | 2024-01-03 |
摘要
此 RFC 建议为 Zircon 时钟引入新的时钟信号 ZX_CLOCK_UPDATED，该信号会在每次时钟更新时选通。
设计初衷
时钟是时钟单调参考时间轴的一维仿射转换，用于定义如何将“参考”时间（即设备的单调时钟）转换为时钟输出的“合成”时间。因此，UTC 时钟是一种不断调整的转换，当应用于设备单调时钟的当前值时，会生成当前 UTC 时间。
Zircon 中 UTC 时钟的仿射转换仅由 Timekeeper 使用系统调用 zx_clock_update 进行更新，并且可由任何时钟用户使用系统调用 zx_clock_get_details 进行读取。
为了让在 Starnix 上运行的 Linux 程序能够使用 vDSO 函数 clock_gettime 或 gettimeofday 计算 UTC 时间，Starnix vDSO 必须能够访问从单调时间到 UTC 时间的最新时钟转换。
目前，Starnix 内核能够通过以下方式提供此访问权限：定期轮询 Zircon UTC 时钟以获取时钟转换，使用 zx_clock_get_details，然后将此转换加载到 Starnix 内核和在 Starnix 上运行的 Linux 程序的用户空间共享的内存页面中。
频闪信号是指信号的断言和取消断言速度极快。这意味着，等待时钟信号发生变化的观测者可以检测到选通信号，但没有任何观测者会读取时钟信号的断言值。通过引入 ZX_CLOCK_UPDATED（一种在时钟更新时闪烁的时钟信号），Starnix 内核可以改为在收到 UTC 时钟更新通知后，立即从 Zircon 获取最新的转换，然后更新 Linux 程序使用的时钟转换。这样可以减少 Zircon 中时钟转换发生变化与 Linux 程序计算 UTC 时间时使用此新转换之间的潜在延迟。
利益相关方
哪些人会受到此 RFC 是否被接受的影响？（此部分为可选，但建议填写。）
辅导员：
- cpu@google.com
审核者：
- abarth@google.com
- maniscalco@google.com
- johngro@google.com
已咨询：
- mariagl@google.com
- fdurso@google.com
- qsr@google.com
共同化：
与上述所有审核人员和顾问进行了讨论。本文件之前有一份设计文档，该文档已收到所有利益相关者的非正式反馈。
本文件中的信息已纳入此 RFC（如适用）。
设计
Zircon 时钟包含一个信号：ZX_CLOCK_STARTED，在时钟启动时断言。该设计添加了一个新的时钟信号 ZX_CLOCK_UPDATED，每次更新时钟时，该信号都会被选通。
为了能够频闪信号，该设计还涉及修改当前用于更新 Zircon 信号的 Dispatcher::UpdateState。目前，该函数接受两个输入，即 set_mask 和 clear_mask，用于指定要设置（断言）和清除（解除断言）的信号。除了更新 set_mask 和 clear_mask 指定的信号之外，该函数还会使用 NotifyObservers 函数通知所有观察者任何已从不活跃状态转换为活跃状态的信号。
修改内容是向 UpdateState 添加第三个输入（默认值为零），并将其命名为 strobe_mask。此属性用于指定要频闪的所有信号。指定为频闪的信号不会更改值，但 NotifyObservers 调用会修改为同时通知所有观察者由 strobe_mask 指定的任何信号，以便观察者了解信号已更新。
为了使用此信号来获知时钟转换的更新，并防止用户错过更新，用户不应使用 zx_object_wait_one 或 zx_object_wait_many 等待信号选通。如果用户读取当前时钟详细信息，然后调用 zx_object_wait_one 等待时钟更新，则在读取当前时钟详细信息和调用等待之间，时钟可能已被 Zircon 更新，因此不会注册此更新。
而应改用 zx_object_wait_async。在读取当前转换之前，用户应针对时钟发布异步等待。然后，在读取时钟详细信息后，用户可以等待异步等待所发布到的端口。这样可防止错过时钟详细信息的更新。
此机制的一个结果是，如果在创建异步等待和读取时钟详细信息之间更新了时钟，则在等待端口时会导致立即唤醒，尽管读取的时钟转换是最新的。未来的工作可能是改进此信号，以消除这些虚假唤醒的可能性。
实现
此设计可以在一个小型 CL 中实现。该 CL 定义了新信号，并修改了 UpdateState 以包含新的 strobe_mask 输入。
性能
Starnix 内核将使用此新信号来减少在 Starnix 上运行的 Linux 程序的 UTC 时钟的潜在错误。
目前，Starnix 是唯一提议使用此信号的用户，但未来可能会有其他用户使用此信号（例如，C++ 运行时的实现，以便支持 C++ 标准库在 UTC 截止时间之前阻塞线程的能力）。使用 UpdateState 对信号进行频闪的时间复杂度与信号的观测者数量呈线性关系。这意味着，当 ZX_CLOCK_UPDATED 的观察者数量变多时，就会出现性能问题。
向后兼容性
所有现有信号的行为均未发生变化，因此预计不会出现向后兼容性问题。
安全注意事项
预计此提案不会带来任何安全方面的影响。
隐私注意事项
预计此提案不会对隐私权产生任何影响。
测试
我们将添加测试来验证设计中指定的行为。这些测试将确保时钟的任何用户都无法手动更改信号，确保任何等待时钟 ZX_CLOCK_UPDATED 信号频闪的观测者在时钟更新时收到通知，并且确保在时钟未更新时（即在未更新时 ZX_CLOCK_UPDATED 从不被断言）不会通知信号的观测者。
文档
我们将更新以下文档，以说明 ZX_CLOCK_UPDATED，以及使用此信号时用户应遵循的方法时钟，以免错过更新。
- /docs/concepts/kernel/time/utc/architecture.md
- /docs/concepts/kernel/time/utc/behavior.md
- /reference/kernel_objects/clock.md
- /reference/syscalls/clock_update.md
缺点和替代方案
缺点
本文档的性能部分介绍了随着信号观测者数量的增加，性能会下降的问题。如果时钟信号的观测者数量增加到很大，可能需要进一步采取措施来缓解这些性能问题。
替代方案
针对动机提出的问题，一种替代解决方案是将 Zircon UTC 时钟的时钟详细信息直接映射到 Starnix 内核中。然后，Starnix 内核可以将此内存直接映射到 Linux 进程的空间中。这意味着，对 Zircon 中的时钟对象进行的任何更新都会立即传播到 Starnix 和 Linux 进程。这样一来，就不需要引入新信号，并且可以完全消除时钟更新传播到 Starnix 的延迟，而不是减少这种延迟。不过，这需要对 Zircon 内核进行大幅更改。