Linux内核定时器timer_list的使用

内核定时器：

定时器（优势也称为动态地上那个时期或内核定时器）是管理内核流逝时间放的基础。内核经常需要推后执行某些代码，如中断的下半部机制就是为了将工作放到 以后执行。

定时器的使用很简单，你只需要执行一些初始化工作，设置一个超时时间，指定超时发生后的执行函数，然后激活定时器就可以了。指定的函数将在定时器到期时自动执行，注意定时器并周期运行，它在超时后自动撤销，不断地创建和撤销，而且它的执行次数不受限制，故被称为动态定时器。

使用注意：

Timer是Linux内核的一种软中断，被调用函数是异步执行的。
由于是软中断，所以函数被执行的时候是处于非进程的上下文中，所以有以下规则需要遵守：

1. 不允许访问用户空间
2. 不能执行会引起休眠的函数和调度（如mutex）
3. 注意并发数据保护
4. 系统最高精度为（1000/HZ）ms，若HZ=1000，则最高精度为1ms
5. 内核添加printk后，由于打印函数耗时会导致执行时间延长，一般为ms级。

调度函数总是在注册它的同一CPU中运行，即便是在SMP（对称多处理器）系统中。

定时器的数据结构:定义在文件<linux/timer.h>中

struct timer_list {
struct list_head  entry;
unsigned long     expires;
void              (*function)(unsigned long);
unsigned long     data;
struct tvec_base  *base;
...
};

• 字段entry:定时器链表的入口，用来将多个定时器来结成一跳双向循环链表。
• 字段expires:给出定时器到期时间，时间用节拍来表示，其值为系统启动以来所经过的节拍数。
• 字段function:定时器到期时执行函数的地址。
• 字段data:传递给定时器函数的参数。
• 字段base:定时器内补值，用户不要使用，用来指定此定时器在哪个CPU上执行。

相关函数：

init_timer(struct timer_list*):定时器初始化函数；
add_timer(struct timer_list*):往系统添加定时器；
mod_timer(struct timer_list *, unsigned long jiffier_timerout):修改定时器的超时时间为jiffies_timerout;
d. timer_pending(struct timer_list *):定时器状态查询，如果在系统的定时器列表中则返回1，否则返回0；
del_timer(struct timer_list*):删除定时器。

使用步骤：

init_timer->[timer.expires=? & timer.function=?]->add_timer->[mod_timer]->del_timer.

具体例子：

//timer.c  每1ms打印一次hello world
#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/jiffies.h>
struct timer_list mytimer;
static void myfunc(unsigned long data)
{
	printk("------%s------\n", (char *)data);
	mod_timer(&mytimer,jiffies + HZ/1000);
}
static int __init mytimer_init(void)
{
	//setup_timer(&mytimer, myfunc, (unsigned long)"Hello,world!");
	init_timer(&mytimer);                     //初始化内核定时器
	mytimer.function = myfunc;            //指定定时时间到后的回调函数
    mytimer.data = (unsigned long)"hello world";  //回调函数的参数
    mytimer.expires = jiffies+HZ/1000;        //定时时间 1ms 
	add_timer(&mytimer);   
	return 0;
}
static void __exit mytimer_exit(void)
{
	del_timer(&mytimer);
}
module_init(mytimer_init);
module_exit(mytimer_exit);
 
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("KUNAlY");
MODULE_DESCRIPTION("Demo for timer");

Makefile文件：

obj-m:=timer.o
PWD:=$(shell pwd)
KERNELPATH:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
all:
	make -C $(KERNELPATH) M=$(PWD) modules
clean:
	make -C $(KERNELPATH) M=$(PWD) clean

执行步骤：

即可看到执行效果，在内核每1ms打印一次hello world，timer_list的最大精度为1ms,下面进行检测误差。

 

检测误差：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/time.h>
#include <linux/timer.h>

static struct timer_list tm;  //定义一个定时器
struct timeval oldtv;         //获取系统时间，用来计时

void myfunction(unsigned long arg)
{
    struct timeval tv;
    char *data = (char*)arg;
    
    printk("%s: %lu, %s\n", __func__, jiffies, data); 

    do_gettimeofday(&tv);    //获取新的当前时间
    printk("%s:%ldms\n", __func__,
        tv.tv_usec/1000- oldtv.tv_usec/1000);    //与上次中断间隔 ms=us/1000 

    //do_gettimeofday(&oldtv);   //获取当前时间
	oldtv = tv;
	tm.expires = jiffies+HZ/1000;    //定时时间1ms
    add_timer(&tm);        //重新开始计时
}

static int __init demo_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "%s : start!...\n",__func__);
    init_timer(&tm);    //初始化内核定时器
    do_gettimeofday(&oldtv);        //获取当前时间
    tm.function = myfunction;            //指定定时时间到后的回调函数
    tm.data = (unsigned long)"hello world";        //回调函数的参数
    tm.expires = jiffies+HZ/1000;        //定时时间 1ms
    add_timer(&tm);        //将定时器加入内核

    return 0;
}

static void __exit demo_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "%s: exit!...\n",__func__);  
    del_timer(&tm);        //注销定时器
}

module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Kunaly");
MODULE_DESCRIPTION("Demo for timer_test");

执行步骤：

执行结果(每隔几次就会有误差，不能每次精确到1ms)：

 

注意：

本运行环境为：centos7,内核版本为linux-kernel-3.10.0-957.el7.x86_64

新版本的内核4.x, 5.x ，不断更新中，运行会出现一定的偏差，个别函数找不到了，而网上大多都是基于2.6版本的API,导致我再用Ubuntu时使用的5.2版本的内核总是出现一些错误，相关函数需要重新替换。

因需求是精度到1ms的定时器，所以还得再看看内核中hrtimer的使用。