内核时间管理

linux系统频率，也叫节拍率(tick rate)，比如 1000Hz，100Hz 等等说的就是系统节拍率。

系统节拍率可设置，在kernel配置中，-> Kernel Features ->Timer frequency 可选。可选的系统节拍率为 100Hz、200Hz、250Hz、300Hz、500Hz 和 1000Hz，默认情况下选择 100Hz。

高节拍率和低节拍率的优缺点：

1. 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，精度提高了 10 倍。时间要求严格的函数，能够以更高的精度运行，时间测量也更加准确。

2. 高节拍率会导致中断的产生更加频繁，频繁的中断会加剧系统的负担，1000Hz 和 100Hz的系统节拍率相比，系统要花费 10 倍的“精力”去处理中断。中断服务函数占用处理器的时间增加。

但是现在的处理器性能都很强大，所以采用 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。

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。

处理jiffies绕回的API

unkown 通常为 jiffies，known 通常是需要对比的值。

函数	描述
time_after(unkown, known)	当unkown在kown之后时，返回真
time_before(unkown, known)	当unkown在kown之前时，返回真
time_after_eq(unkown, known)	当unkown等于或在kown之后时，返回真
time_before_eq(unkown, known)	当unkown等于或在kown之前时，返回真

Example：使用 jiffies 判断超时

unsigned long timeout;
timeout = jiffies + (2 * HZ); /* 超时的时间点 *//*************************************
具体的代码
************************************//* 判断有没有超时 */
if(time_before(jiffies, timeout)) {/* 超时未发生 */
} else {/* 超时发生 */
}

HZ是系统节拍，timeout 就是超时时间点，比如我们要判断代码执行时间是不是超过了 2 秒，那么超时时间点就是 jiffies+(2*HZ)。如果 jiffies 大于 timeout 那就表示超时了，否则就是没有超时。

通过函数 time_before 来判断 jiffies 是否小于 timeout，如果小于的话就表示没有超时。

jiffies与ms、us、ns转换的API

函数	描述
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。

内核定时器

Linux 内核定时器使用很简单，只需要提供超时时间(相当于定时值)和定时处理函数即可，当超时时间到了以后设置的定时处理函数就会执行。

内核定时器不是周期性运行的，超时以后就会自动关闭，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。

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。

内核定时器API

init_timer: 初始化 timer_list 类型变量

void init_timer(struct timer_list *timer)

timer：要初始化定时器。

返回值：没有返回值

add_timer: 向 Linux 内核注册定时器

向内核注册定时器以后，定时器就会开始运行。

void add_timer(struct timer_list *timer)

timer：要注册的定时器。

返回值：没有返回值。

del_timer: 删除一个定时器

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。

int del_timer(struct timer_list * timer)

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。

del_timer_sync: del_timer 函数的同步版

此函数会等待其他处理器使用完定时器再删除，不能使用在中断上下文中。

int del_timer_sync(struct timer_list *timer)

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。

mod_timer: 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！

int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)

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。

Example

struct timer_list timertest; /* 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(&timertest); /* 初始化定时器 */timertest.function = function; /* 设置定时处理函数 */timertest.expires = jffies + msecs_to_jiffies(2000); /* 超时时间 2 秒 */timertest.data = (unsigned long)&dev; /* 将设备结构体作为参数 */add_timer(&timertest); /* 启动定时器 */
}/* 退出函数 */
void exit(void)
{del_timer(&timertest); /* 删除定时器 *//* 或者使用 */del_timer_sync(&timertest);
}

Linux 内核短延时函数

函数	描述
void ndelay(unsigned long nsecs)	纳秒延时函数。
void udelay(unsigned long usecs)	微秒延时函数。
void mdelay(unsigned long mseces)	毫秒延时函数。

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