了解內核定時相關基礎知識

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簡要介紹

硬件為內核提供了一個系統定時器來計算流逝的時間（即基于未來時間點的計時方式， 以當前時刻為計時開始的起點， 以未來的某一時刻為計時的終點） ， 內核只有在系統定時器的幫助下才能計算和管理時間， 但是內核定時器的精度并不高， 所以不能作為高精度定時器使用。并且內核定時器的運行沒有周期性， 到達計時終點后會自動關閉。 如果要實現周期性定時， 就要在定時處理函數中重新開啟定時器。

Linux 內核中使用 timer_list 結構體表示內核定時器， 該結構體定義在“內核源碼/include/li
nux/timer.h”文件中， 具體內容如下所示

struct timer_list {struct hlist_node   entry;unsigned long       expires;/* 定時器超時時間，單位是節拍數 */void            (*function)(struct timer_list *);/* 定時處理函數 */u32         flags;#ifdef CONFIG_LOCKDEPstruct lockdep_map  lockdep_map;
#endifANDROID_KABI_RESERVE(1);ANDROID_KABI_RESERVE(2);
};

timer_list 特點

inux 內核定時器是基于 timer_list 結構的動態定時器，具有以下特點：

• 不是周期性的，超時后會自動失效

• 基于內核的 jiffies 計時

• 在中斷上下文執行，因此不能睡眠

• 精度取決于 HZ 值（通常為 1ms 或 10ms）

API 函數

函數	作用
void add_timer(struct timer_list *timer)	向 Linux 內核注冊定時器，使用 add_timer 函數向內核注冊定時器以后，定時器就會開始運行
int del_timer(struct timer_list * timer)	刪除一個定時器
int mod_timer(struct timer_list *timer,unsigned long expires)	修改定時值，如果定時器還沒有激活的話，mod_timer 函數會激活定時器

在使用add_timer()函數向 Linux 內核注冊定時器之前，還需要設置定時時間，定時時間由timer_list結構體中的expires參數所確定，單位為節拍數

這里簡要理解，節拍數 jiffies 和 時間之間的轉換函數：

jiffies_64用于64位系統，而jiffies用于 32 位系統。為了方便開發，Linux 內核還提供了幾個jiffies和ms、us、ns之間的轉換函數，如下 所示：

函數	作用
int jiffies_to_msecs(const unsigned long j)	將 jiffies 類型的參數 j 分別轉換為對應的毫秒
int jiffies_to_usecs(const unsigned long j)	將 jiffies 類型的參數 j 分別轉換為對應的微秒
u64 jiffies_to_nsecs(const unsigned long j)	將 jiffies 類型的參數 j 分別轉換為對應的納秒
long msecs_to_jiffies(const unsigned int m)	將毫秒轉換為 jiffies 類型
long usecs_to_jiffies(const unsigned int u)	將微秒轉換為 jiffies 類型
unsigned long nsecs_to_jiffies(u64 n)	將納秒轉換為 jiffies 類型

既然要定時，那么情形就是 把定時時間轉換成節拍數，系統內核根據節拍數和節拍頻率。內核里面只認節拍數，它對應的就是頻率

例如：進行3秒鐘的定時：

timer_test.expires = jiffies_64 +msecs_to_jiffies(3000)

實驗

測試程序 - timer_mod.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>static void function_test(struct timer_list  *t);//定義function_test定時功能的函數
DEFINE_TIMER(timer_test,function_test);static void function_test(struct timer_list *t){printk(" this is function test \n");mod_timer(&timer_test,jiffies_64+msecs_to_jiffies(5000));  使用mod_timer函數將定時時間設置為五秒后}static int __init time_module_init(void) //驅動入口函數
{timer_test.expires = jiffies_64 + msecs_to_jiffies(5000);//將定時時間設置為五秒后add_timer(&timer_test);//添加一個定時器return 0;}
static void __exit time_module_exit(void) //驅動出口函數
{del_timer(&timer_test);//刪除一個定時器printk("module exit \n");}
module_init(time_module_init);
module_exit(time_module_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("wang fang chen");

源碼分析

• 這里用到了定時器timer_list 的三個api 函數：
  定義定時器：DEFINE_TIMER(timer_test,function_test); 參數為定時器名稱和回調方法
  添加定時器：add_timer(&timer_test);
  修改定時器：mod_timer(&timer_test,jiffies_64+msecs_to_jiffies(5000));
  刪除定時器：del_timer(&timer_test);

  **注意點：**定時器的名稱并不是作為變量定義的，作為方法參數定義了的 DEFINE_TIMER的方法參數。
  回調函數 function_test 是先定義，然后實現 。

編譯文件-Makefile

#!/bin/bash
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
obj-m += timer_mod.o
KDIR :=/home/wfc123/Linux/rk356x_linux/kernel
PWD ?= $(shell pwd)
all:make -C $(KDIR) M=$(PWD) modulesclean:make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

實驗驗證

加載驅動看打印信息

注意事項

• 定時器精度：內核定時器的精度受 HZ 值影響，不適合需要高精度的場合

• 執行上下文：回調函數在中斷上下文執行，不能調用可能睡眠的函數

• 多核處理：del_timer() 可能在 SMP 系統上返回后定時器仍在運行，使用 del_timer_sync() 更安全

• 競爭條件：確保在模塊退出時刪除所有定時器

總結

這里了解的是內核的一個定時器timer_list 的使用。 了解基本知識即可。