linux内核定时器管理
文章目录
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- 内核定时器
- 定时器相关函数
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- 1、init_timer 函数
- 2、add_timer 函数
- 3、del_timer 函数
- 4、del_timer_sync 函数
- 5、mod_timer 函数
- 内核定时器的使用方法
- linux内核短延时函数
系统节拍率为100HZ、200HZ、250HZ、300HZ、500HZ和1000HZ，默认情况下选择100HZ
怎么更改系统节拍率？
linux内核可以通过图形化界面设置系统节拍率
输入
make menuconfig
-> Kernel Features
->Timer frequency
在linux内核源码根目录下的.config文件中，有如下：
508 CONFIG_PREEMPT_COUNT=y
509 CONFIG_HZ_FIXED=0
510 CONFIG_HZ_100=y
511 # CONFIG_HZ_200 is not set
512 # CONFIG_HZ_250 is not set
513 # CONFIG_HZ_300 is not set
514 # CONFIG_HZ_500 is not set
515 # CONFIG_HZ_1000 is not set
516 CONFIG_HZ=100
517 CONFIG_SCHED_HRTICK=y
518 CONFIG_AEABI=y
519 # CONFIG_OABI_COMPAT is not set
上代码片的516行中CONFIG_HZ=100,linux内核会使用CONFIG_HZ来设置自己的系统时钟。在文件include/asm-generic/param.h，有如下内容：
4 #include <uapi/asm-generic/param.h>
5
6 # undef HZ
7 # define HZ CONFIG_HZ /* Internal kernel timer frequency */
8 # define USER_HZ 100 /* some user interfaces are */
9 # define CLOCKS_PER_SEC (USER_HZ) /* in "ticks" like times() */
10 #endif /* __ASM_GENERIC_PARAM_H */
宏HZ表示是一秒的节拍数，也就是频率。
节拍为什么要选择最小的100HZ？
- 高节拍率会提高系统时间精度，如果采用100HZ的节拍率，时间精度就是10ms，采用1000HZ的话时间精度就是1ms
- 高节拍率会导致中断的产生更加的频繁，加重系统的负担，但是现在处理器的性能很强大，采用1000hz的系统节拍率并不会增加太大的负载压力。
linux内核使用全局变量jiffies来记录系统从启动以来的系统节拍数，系统启动的时候会将jiffies初始化为0，jiffies定义在文件include/linux/jiffies.h中，定义如下：
extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
第76行，定义了一个64位的jiffies_64
第77行，定义了一个unsigned long类型的32位jiffies
jiffies_64 和 jiffies 其实是同一个东西， jiffies_64 用于 64 位系统，而 jiffies 用于 32 位系统。为了兼容不同的硬件， jiffies 其实就是 jiffies_64 的低 32 位， jiffies_64 和 jiffies 的结构如图
当我们访问 jiffies 的时候其实访问的是 jiffies_64 的低 32 位，使用 get_jiffies_64 这个函数可以获取 jiffies_64 的值。在 32 位的系统上读取 jiffies 的值，在 64 位的系统上 jiffes 和 jiffies_64表示同一个变量，因此也可以直接读取 jiffies 的值。所以不管是 32 位的系统还是 64 位系统，都可以使用 jiffies。
前面说了 HZ 表示每秒的节拍数， jiffies 表示系统运行的 jiffies 节拍数，所以 jiffies/HZ 就是系统运行时间，单位为秒。不管是 32 位还是 64 位的 jiffies，都有溢出的风险，溢出以后会重新从 0 开始计数，相当于绕回来了，因此有些资料也将这个现象也叫做绕回。假如 HZ 为最大值 1000 的时候， 32 位的 jiffies 只需要 49.7 天就发生了绕回，对于 64 位的 jiffies 来说大概需要5.8 亿年才能绕回，因此 jiffies_64 的绕回忽略不计。处理 32 位 jiffies 的绕回显得尤为重要。
Linux 内核提供了如表所示的几个 API 函数来处理绕回。
如果 unkown 超过 known 的话， time_after 函数返回真，否则返回假。如果 unkown 没有超过 known 的话 time_before 函数返回真，否则返回假。 time_after_eq 函数和 time_after 函数类似，只是多了判断等于这个条件。同理， time_before_eq 函数和 time_before 函数也类似
unsigned long timeout;
timeout = jiffies + (2*HZ); /*超时的时间点*/
/*具体的代码*/
if(time_before(jiffies,timeout))
{
/*超时未发生*/
}
else
{
/*超时发生*/
}
linux内核还提供了jiffies和ms、us、ns之间的转换函数
内核定时器
linux定时器是采用系统定时器来实现的，不同体系结构中定时器实现不尽相同，但是系统的根本思想没有区别----提供一种周期性触发中断机制。linux内核定时器使用很简单，只要提供超时时间和定时处理函数即可，当超时时间到了定时处理函数就会执行。
在使用内核定时器的时候要注意，内核定时器并不是周期性运行的，超时就会关闭。因此如果想要实现周期性定时，那么就需要在定时处理函数中重新开启定时器。 Linux 内核使用 timer_list 结构体表示内核定时器， timer_list 定义在文件include/linux/timer.h 中
struct timer_list {
struct list_head entry;
unsigned long expires; /* 定时器超时时间，单位是节拍数 */
struct tvec_base *base;
void (*function)(unsigned long); /* 定时处理函数 */
unsigned long data; /* 要传递给 function 函数的参数 */
int slack;
};
要使用内核定时器首先要先定义一个 timer_list 变量，表示定时器， tiemr_list 结构体的expires 成员变量表示超时时间，单位为节拍数。比如我们现在需要定义一个周期为 2 秒的定时器，那么这个定时器的超时时间就是 jiffies+(2HZ)，因此 expires=jiffies+(2HZ)。 function 就是定时器超时以后的定时处理函数，我们要做的工作就放到这个函数里面，需要我们编写这个定时处理函数。
定义好定时器以后还需要通过一系列的 API 函数来初始化此定时器，这些函数如下：
定时器相关函数
- init_timer函数
- add_timer函数
- del_timer函数
- del_timer_sync函数
- mod_timer函数
1、init_timer 函数
init_timer 函数负责初始化 timer_list 类型变量，当我们定义了一个 timer_list 变量以后一定要先用 init_timer 初始化一下。 init_timer 函数原型如下：
void init_timer(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer： 要初始化定时器。
返回值： 没有返回值
2、add_timer 函数
add_timer 函数用于向 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，函数原型如下：
void add_timer(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer： 要注册的定时器。
返回值： 没有返回值
3、del_timer 函数
del_timer 函数用于删除一个定时器，不管定时器有没有被激活，都可以使用此函数删除。在多处理器系统上，定时器可能会在其他的处理器上运行，因此在调用 del_timer 函数删除定时器之前要先等待其他处理器的定时处理器函数退出。 del_timer 函数原型如下：
int del_timer(struct timer_list * timer)
函数参数和返回值含义如下：
**timer：**要删除的定时器。
返回值： 0，定时器还没被激活； 1，定时器已经激活
4、del_timer_sync 函数
del_timer_sync 函数是 del_timer 函数的同步版，会等待其他处理器使用完定时器再删除，del_timer_sync 不能使用在中断上下文中。 del_timer_sync 函数原型如下所示：
int del_timer_sync(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer： 要删除的定时器。
返回值： 0，定时器还没被激活； 1，定时器已经激活
5、mod_timer 函数
mod_timer 函数用于修改定时值，如果定时器还没有激活的话， mod_timer 函数会激活定时器！函数原型如下：
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要修改超时时间(定时值)的定时器。
expires：修改后的超时时间。
返回值： 0，调用 mod_timer 函数前定时器未被激活； 1，调用 mod_timer 函数前定时器已被激活
内核定时器的使用方法
struct timer_list timer /*定义定时器*/
/*定时器回调函数*/
void function(unsigned long arg)
{
/*定时器处理代码*/
/*如果需要定时器周期性运行的话就使用mod_timer*/
/*函数重新设置超时值并且启动定时器*/
mod_timer(&dev->timertest,jiffies+msecs_to_jiffies(2000));
}
/*初始化函数*/
void init(void)
{
init_timer(&timer); /*初始化定时器*/
timer.function = function; /*设置定时处理函数*/
timer.expires = jffies + msecs_to_jiffies(2000); /*超时时间2s*/
timer.data = (unsigned long)&dev; /*将设备结构体作为参数*/
add_timer(&timer); /* 启动定时器 */
}
/*退出函数*/
void exit(void)
{
del_timer(&timer); /*删除定时器*/
/*或者使用*/
del_timer_sync(&timer);
}
linux内核短延时函数
有时候我们需要在内核中实现短延时，尤其是在 Linux 驱动中。 Linux 内核提供了毫秒、微秒和纳秒延时函数
- void ndelay(unsigned long nsecs)
- void udelay(unsigned long usecs)
- void mdelay(unsigned long mseces)