浅谈Linux内核定时器

Linux内核定时器是内核用来控制在未来某个时间点（基于jiffies）调度执行某个函数的一种机制，其实现位于 <Linux/timer.h> 和 kernel/timer.c 文件中。无论是从单片机还是到后面的多任务系统，还是RTOS到Linux，都需要用到定时器。

首先我们要知道被调度的函数肯定是异步执行的，它类似于一种“软件中断”，而且是处于非进程的上下文中，所以调度函数必须遵守以下规则：

1) 没有 current 指针、不允许访问用户空间。因为没有进程上下文，相关代码和被中断的进程没有任何联系。

2) 不能执行休眠（或可能引起休眠的函数）和调度。

3) 任何被访问的数据结构都应该针对并发访问进行保护，以防止竞争条件。

而内核定时器的调度函数运行过一次后就不会再被运行了（相当于自动注销），但可以通过在被调度的函数中重新调度自己来周期运行。

在SMP系统中，调度函数总是在注册它的同一CPU上运行，以尽可能获得缓存的局域性。

1.Linux内核定时器的数据结构：

struct timer_list {

    struct list_head entry;

    unsigned long expires;

    void (*function)(unsigned long);

    unsigned long data;

    struct tvec_base *base;

    /* ... */

};

其中 expires 字段表示期望定时器执行的 jiffies 值，到达该 jiffies 值时，将调用 function 函数，并传递 data 作为参数。当一个定时器被注册到内核之后，entry 字段用来连接该定时器到一个内核链表中。base 字段是内核内部实现所用的。

2.jiffies   

全局变量jiffies用来记录自系统启动以来产生的节拍的总数。启动时，内核将该变量初始化为0，此后，每次时钟中断处理程序都会增加该变量的值。一秒内时钟中断的次数等于Hz，所以jiffies一秒内增加的值也就是Hz。  

HZ:这个可以认为是一个频率，一秒内系统时钟中断的次数        

Jiffies/HZ:我想知道从系统开机到现在系统运行了多少秒，可以这样计算         jiffies类型为无符号长整型(unsigned long)  

当jiffies的值超过它的最大存放范围后就会发生溢出。对于32位无符号长整型，最大取值为(2^32)-1,即429496795。如果节拍计数达到了最大值后还要继续增加，它的值就会回绕到0。

3.使用定时器步骤

struct timer_list  my_timer_list;//定义一个定时器，可以把它放在你的设备结构中init_timer(&my_timer_list);//初始化一个定时器

my_timer_list.expire=jiffies+HZ;//定时器1s后运行服务程序my_timer_list.function=timer_function;//定时器服务函数add_timer(&my_timer_list);//添加定时器

void timer_function(unsigned long);//写定时器服务函数del_timer(&my_timer_list);//当定时器不再需要时删除定时器del_timer_sync(&my_timer_list);//基本和del_timer一样，比较适合在多核处理器使用，一般推荐使用del_timer_sync

4.实例分析#include

#include

#include

#include   /*timer*/

#include   /*jiffies*/

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("Qifa");

MODULE_DESCRIPTION("Timer Module");

MODULE_ALIAS("timer module");

struct timer_list timer;

void timer_function(int para)

{

    static int i = 0;

    printk("#########%d########Timer Expired and para is %d !!\n",i++,para);

    printk("jiffies:%lu jiffies/Hz: %lu HZ:%d\n",jiffies,(jiffies/HZ),HZ);

    mod_timer(&timer,jiffies+(2*HZ));    

}

int timer_init(void)

{

    init_timer(&timer);

    timer.data = 5;

    timer.expires = jiffies + (1 * HZ);

    timer.function = timer_function;

    add_timer(&timer);

    return 0;

}

void timer_exit(void)

{

    del_timer( &timer );

}

module_init(timer_init);

module_exit(timer_exit);

使用定时器的目的无外乎是为了周期性的执行某一任务，或者是到了一个指定时间去执行某一个任务。只要掌握了这一关键点，就能更好地理解定时器的工作机制，Linux内核定时器也是如此。在本站的Linux教程里还有关于Linux中其他类型的定时器的介绍，感兴趣的小伙伴可以深入学习一下。