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了解内核定时相关基础知识

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简要介绍

硬件为内核提供了一个系统定时器来计算流逝的时间（即基于未来时间点的计时方式， 以当前时刻为计时开始的起点， 以未来的某一时刻为计时的终点） ， 内核只有在系统定时器的帮助下才能计算和管理时间， 但是内核定时器的精度并不高， 所以不能作为高精度定时器使用。并且内核定时器的运行没有周期性， 到达计时终点后会自动关闭。 如果要实现周期性定时， 就要在定时处理函数中重新开启定时器。

Linux 内核中使用 timer_list 结构体表示内核定时器， 该结构体定义在“内核源码/include/li
nux/timer.h”文件中， 具体内容如下所示

struct timer_list {struct hlist_node   entry;unsigned long       expires;/* 定时器超时时间，单位是节拍数 */void            (*function)(struct timer_list *);/* 定时处理函数 */u32         flags;#ifdef CONFIG_LOCKDEPstruct lockdep_map  lockdep_map;
#endifANDROID_KABI_RESERVE(1);ANDROID_KABI_RESERVE(2);
};

timer_list 特点

inux 内核定时器是基于 timer_list 结构的动态定时器，具有以下特点：

• 不是周期性的，超时后会自动失效

• 基于内核的 jiffies 计时

• 在中断上下文执行，因此不能睡眠

• 精度取决于 HZ 值（通常为 1ms 或 10ms）

API 函数

函数	作用
void add_timer(struct timer_list *timer)	向 Linux 内核注册定时器，使用 add_timer 函数向内核注册定时器以后，定时器就会开始运行
int del_timer(struct timer_list * timer)	删除一个定时器
int mod_timer(struct timer_list *timer,unsigned long expires)	修改定时值，如果定时器还没有激活的话，mod_timer 函数会激活定时器

在使用add_timer()函数向 Linux 内核注册定时器之前，还需要设置定时时间，定时时间由timer_list结构体中的expires参数所确定，单位为节拍数

这里简要理解，节拍数 jiffies 和 时间之间的转换函数：

jiffies_64用于64位系统，而jiffies用于 32 位系统。为了方便开发，Linux 内核还提供了几个jiffies和ms、us、ns之间的转换函数，如下 所示：

函数	作用
int jiffies_to_msecs(const unsigned long j)	将 jiffies 类型的参数 j 分别转换为对应的毫秒
int jiffies_to_usecs(const unsigned long j)	将 jiffies 类型的参数 j 分别转换为对应的微秒
u64 jiffies_to_nsecs(const unsigned long j)	将 jiffies 类型的参数 j 分别转换为对应的纳秒
long msecs_to_jiffies(const unsigned int m)	将毫秒转换为 jiffies 类型
long usecs_to_jiffies(const unsigned int u)	将微秒转换为 jiffies 类型
unsigned long nsecs_to_jiffies(u64 n)	将纳秒转换为 jiffies 类型

既然要定时，那么情形就是 把定时时间转换成节拍数，系统内核根据节拍数和节拍频率。内核里面只认节拍数，它对应的就是频率

例如：进行3秒钟的定时：

timer_test.expires = jiffies_64 +msecs_to_jiffies(3000)

实验

测试程序 - timer_mod.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>static void function_test(struct timer_list  *t);//定义function_test定时功能的函数
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函数将定时时间设置为五秒后}static int __init time_module_init(void) //驱动入口函数
{timer_test.expires = jiffies_64 + msecs_to_jiffies(5000);//将定时时间设置为五秒后add_timer(&timer_test);//添加一个定时器return 0;}
static void __exit time_module_exit(void) //驱动出口函数
{del_timer(&timer_test);//删除一个定时器printk("module exit \n");}
module_init(time_module_init);
module_exit(time_module_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("wang fang chen");

源码分析

• 这里用到了定时器timer_list 的三个api 函数：
  定义定时器：DEFINE_TIMER(timer_test,function_test); 参数为定时器名称和回调方法
  添加定时器：add_timer(&timer_test);
  修改定时器：mod_timer(&timer_test,jiffies_64+msecs_to_jiffies(5000));
  删除定时器：del_timer(&timer_test);

  **注意点：**定时器的名称并不是作为变量定义的，作为方法参数定义了的 DEFINE_TIMER的方法参数。
  回调函数 function_test 是先定义，然后实现 。

编译文件-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

实验验证

加载驱动看打印信息

注意事项

• 定时器精度：内核定时器的精度受 HZ 值影响，不适合需要高精度的场合

• 执行上下文：回调函数在中断上下文执行，不能调用可能睡眠的函数

• 多核处理：del_timer() 可能在 SMP 系统上返回后定时器仍在运行，使用 del_timer_sync() 更安全

• 竞争条件：确保在模块退出时删除所有定时器

总结

这里了解的是内核的一个定时器timer_list 的使用。 了解基本知识即可。