《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》讀書筆記（十一）- 定時(shí)器和時(shí)間管理
系統(tǒng)中有很多與時(shí)間相關(guān)的程序（比如定期執(zhí)行的任務(wù)，某一時(shí)間執(zhí)行的任務(wù)，推遲一段時(shí)間執(zhí)行的任務(wù)），因此，時(shí)間的管理對(duì)于linux來(lái)說(shuō)非常重要。
主要內(nèi)容：
- 系統(tǒng)時(shí)間
- 定時(shí)器
- 定時(shí)器相關(guān)概念
- 定時(shí)器執(zhí)行流程
- 實(shí)現(xiàn)程序延遲的方法
- 定時(shí)器和延遲的例子
1. 系統(tǒng)時(shí)間
系統(tǒng)中管理的時(shí)間有2種：實(shí)際時(shí)間和定時(shí)器。
1.1 實(shí)際時(shí)間
實(shí)際時(shí)間就是現(xiàn)實(shí)中鐘表上顯示的時(shí)間，其實(shí)內(nèi)核中并不常用這個(gè)時(shí)間，主要是用戶空間的程序有時(shí)需要獲取當(dāng)前時(shí)間，
所以內(nèi)核中也管理著這個(gè)時(shí)間。
實(shí)際時(shí)間的獲取是在開(kāi)機(jī)后，內(nèi)核初始化時(shí)從RTC讀取的。
內(nèi)核讀取這個(gè)時(shí)間后就將其放入內(nèi)核中的 xtime 變量中，并且在系統(tǒng)的運(yùn)行中不斷更新這個(gè)值。
注：RTC就是實(shí)時(shí)時(shí)鐘的縮寫，它是用來(lái)存放系統(tǒng)時(shí)間的設(shè)備。一般和BIOS一樣，由主板上的電池供電的，所以即使關(guān)機(jī)也可將時(shí)間保存。
實(shí)際時(shí)間存放的變量 xtime 在文件 kernel/time/timekeeping.c中。
/* 按照16位對(duì)齊，其實(shí)就是2個(gè)long型的數(shù)據(jù) */ struct timespec xtime __attribute__ ((aligned (16))); /* timespec結(jié)構(gòu)體的定義如下， 參考 <linux/time.h> */ struct timespec { __kernel_time_t tv_sec; /* seconds */ long tv_nsec; /* nanoseconds */ }; /* _kernel_time_t 定義如下 */ typedef long __kernel_time_t;
系統(tǒng)讀寫 xtime 時(shí)用的就是順序鎖。
/* 寫入 xtime 參考 do_sometimeofday 方法 */ int do_settimeofday(struct timespec *tv) { /* 省略 。。。。 */ write_seqlock_irqsave(&xtime_lock, flags); /* 獲取寫鎖 */ /* 更新 xtime */ write_sequnlock_irqrestore(&xtime_lock, flags); /* 釋放寫鎖 */ /* 省略 。。。。 */ return 0; } /* 讀取 xtime 參考 do_gettimeofday 方法 */ void do_gettimeofday(struct timeval *tv) { struct timespec now; getnstimeofday(&now); /* 就是在這個(gè)方法中獲取讀鎖，并讀取 xtime */ tv->tv_sec = now.tv_sec; tv->tv_usec = now.tv_nsec/1000; } void getnstimeofday(struct timespec *ts) { /* 省略 。。。。 */ /* 順序鎖中讀鎖來(lái)循環(huán)獲取 xtime，直至讀取過(guò)程中 xtime 沒(méi)有被改變過(guò) */ do { seq = read_seqbegin(&xtime_lock); *ts = xtime; nsecs = timekeeping_get_ns(); /* If arch requires, add in gettimeoffset() */ nsecs += arch_gettimeoffset(); } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq)); /* 省略 。。。。 */ }
上述場(chǎng)景中，寫鎖必須要優(yōu)先于讀鎖(因?yàn)?xtime 必須及時(shí)更新)，而且寫鎖的使用者很少(一般只有系統(tǒng)定期更新xtime的線程需要持有這個(gè)鎖)。
這正是 順序鎖的應(yīng)用場(chǎng)景。
1.2 定時(shí)器
定時(shí)器是內(nèi)核中主要使用的時(shí)間管理方法，通過(guò)定時(shí)器，可以有效的調(diào)度程序的執(zhí)行。
動(dòng)態(tài)定時(shí)器是內(nèi)核中使用比較多的定時(shí)器，下面重點(diǎn)討論的也是動(dòng)態(tài)定時(shí)器。
2. 定時(shí)器
內(nèi)核中的定時(shí)器有2種，靜態(tài)定時(shí)器和動(dòng)態(tài)定時(shí)器。
靜態(tài)定時(shí)器一般執(zhí)行了一些周期性的固定工作：
- 更新系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間
- 更新實(shí)際時(shí)間
- 在SMP系統(tǒng)上，平衡各個(gè)處理器上的運(yùn)行隊(duì)列
- 檢查當(dāng)前進(jìn)程是否用盡了自己的時(shí)間片，如果用盡，需要重新調(diào)度。
- 更新資源消耗和處理器時(shí)間統(tǒng)計(jì)值
動(dòng)態(tài)定時(shí)器顧名思義，是在需要時(shí)（一般是推遲程序執(zhí)行）動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的定時(shí)器，使用后銷毀（一般都是只用一次）。
一般我們?cè)趦?nèi)核代碼中使用的定時(shí)器基本都是動(dòng)態(tài)定時(shí)器，下面重點(diǎn)討論動(dòng)態(tài)定時(shí)器相關(guān)的概念和使用方法。
3. 定時(shí)器相關(guān)概念
定時(shí)器的使用中，下面3個(gè)概念非常重要：
- HZ
- jiffies
- 時(shí)間中斷處理程序
3.1 HZ
節(jié)拍率(HZ)是時(shí)鐘中斷的頻率，表示的一秒內(nèi)時(shí)鐘中斷的次數(shù)。
比如 HZ=100 表示一秒內(nèi)觸發(fā)100次時(shí)鐘中斷程序。
HZ的值一般與體系結(jié)構(gòu)有關(guān)，x86 體系結(jié)構(gòu)一般定義為 100，參考文件 include/asm-generic/param.h
HZ值的大小的設(shè)置過(guò)程其實(shí)就是平衡 精度和性能 的過(guò)程，并不是HZ值越高越好。
|
HZ值 |
優(yōu)勢(shì) |
劣勢(shì) |
| 高HZ | 時(shí)鐘中斷程序運(yùn)行的更加頻繁，依賴時(shí)間執(zhí)行的程序更加精確， 對(duì)資源消耗和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)更加精確。 |
時(shí)鐘中斷執(zhí)行的頻繁，增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)
時(shí)鐘中斷占用的CPU時(shí)間過(guò)多 |
此外，有一點(diǎn)需要注意，內(nèi)核中使用的HZ可能和用戶空間中定義的HZ值不一致，為了避免用戶空間取得錯(cuò)誤的時(shí)間，
內(nèi)核中也定義了 USER_HZ，即用戶空間使用的HZ值。
一般來(lái)說(shuō)，USER_HZ 和 HZ 都是相差整數(shù)倍，內(nèi)核中通過(guò)函數(shù) jiffies_to_clock_t 來(lái)將內(nèi)核來(lái)將內(nèi)核中的 jiffies轉(zhuǎn)為 用戶空間 jiffies
/* 參見(jiàn)文件： kernel/time.c * //* * Convert jiffies/jiffies_64 to clock_t and back. */ clock_t jiffies_to_clock_t(unsigned long x) { #if (TICK_NSEC % (NSEC_PER_SEC / USER_HZ)) == 0 # if HZ < USER_HZ return x * (USER_HZ / HZ); # else return x / (HZ / USER_HZ); # endif #else return div_u64((u64)x * TICK_NSEC, NSEC_PER_SEC / USER_HZ); #endif } EXPORT_SYMBOL(jiffies_to_clock_t);
3.2 jiffies
jiffies用來(lái)記錄自系統(tǒng)啟動(dòng)以來(lái)產(chǎn)生的總節(jié)拍數(shù)。比如系統(tǒng)啟動(dòng)了 N 秒，那么 jiffies就為 N×HZ
jiffies的相關(guān)定義參考頭文件 <linux/jiffies.h> include/linux/jiffies.h
/* 64bit和32bit的jiffies定義如下 */ extern u64 __jiffy_data jiffies_64; extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
使用定時(shí)器時(shí)一般都是以jiffies為單位來(lái)延遲程序執(zhí)行的，比如延遲5個(gè)節(jié)拍后執(zhí)行的話，執(zhí)行時(shí)間就是 jiffies+5
32位的jiffies的最大值為 2^32-1，在使用時(shí)有可能會(huì)出現(xiàn)回繞的問(wèn)題。
比如下面的代碼：
unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; /* 設(shè)置超時(shí)時(shí)間為 0.5秒 */ while (timeout < jiffies) { /* 還沒(méi)有超時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù) */ } /* 執(zhí)行超時(shí)后的任務(wù) */
正常情況下，上面的代碼沒(méi)有問(wèn)題。當(dāng)jiffies接近最大值的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)回繞問(wèn)題。
由于是unsinged long類型，所以jiffies達(dá)到最大值后會(huì)變成0然后再逐漸變大，如下圖所示：
所以在上述的循環(huán)代碼中，會(huì)出現(xiàn)如下情況：
- 循環(huán)中第一次比較時(shí)，jiffies = J1，沒(méi)有超時(shí)
- 循環(huán)中第二次比較時(shí)，jiffies = J2，實(shí)際已經(jīng)超時(shí)了，但是由于jiffies超過(guò)的最大值后又從0開(kāi)始，所以J2遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于timeout
- while循環(huán)會(huì)執(zhí)行很長(zhǎng)時(shí)間(> 2^32-1 個(gè)節(jié)拍)不會(huì)結(jié)束，幾乎相當(dāng)于死循環(huán)了
為了回避回?cái)_的問(wèn)題，可以使用<linux/jiffies.h>頭文件中提供的 time_after，time_before等宏
#define time_after(a,b) \ (typecheck(unsigned long, a) && \ typecheck(unsigned long, b) && \ ((long)(b) - (long)(a) < 0)) #define time_before(a,b) time_after(b,a) #define time_after_eq(a,b) \ (typecheck(unsigned long, a) && \ typecheck(unsigned long, b) && \ ((long)(a) - (long)(b) >= 0)) #define time_before_eq(a,b) time_after_eq(b,a)
上述代碼的原理其實(shí)就是將 unsigned long 類型轉(zhuǎn)換為 long 類型來(lái)避免回?cái)_帶來(lái)的錯(cuò)誤，
long 類型超過(guò)最大值時(shí)變化趨勢(shì)如下：
long 型的數(shù)據(jù)的回繞會(huì)出現(xiàn)在 2^31-1 變?yōu)?-2^32 的時(shí)候，如下圖所示：
- 第一次比較時(shí)，jiffies = J1，沒(méi)有超時(shí)
- 第二次比較時(shí)，jiffies = J2，一般 J2 是負(fù)數(shù)
理論上 (long)timeout - (long)J2 = 正數(shù) - 負(fù)數(shù) = 正數(shù)（result）
但是，這個(gè)正數(shù)（result）一般會(huì)大于 2^31 - 1，所以long型的result又發(fā)生了一次回繞，變成了負(fù)數(shù)。
除非timeout和J2之間的間隔 > 2^32 個(gè)節(jié)拍，result的值才會(huì)為正數(shù)(注1)。
注1：result的值為正數(shù)時(shí)，必須是在result的值 小于 2^31-1 的情況下，大于 2^31-1 會(huì)發(fā)生回繞。
上圖中 X + Y 表示timeout 和 J2之間經(jīng)過(guò)的節(jié)拍數(shù)。
result 小于 2^31-1 ，也就是 timeout - J2 < 2^31 – 1
timeout 和 -J2 表示的節(jié)拍數(shù)如上圖所示。(因?yàn)镴2是負(fù)數(shù)，所有-J2表示上圖所示范圍的值)
因?yàn)?timeout + X + Y - J2 = 2^31-1 + 2^32
所以 timeout - J2 < 2^31 - 1 時(shí)， X + Y > 2^32
也就是說(shuō)，當(dāng)timeout和J2之間經(jīng)過(guò)至少 2^32 個(gè)節(jié)拍后，result才可能變?yōu)檎龜?shù)。
timeout和J2之間相差這么多節(jié)拍是不可能的(不信可以用HZ將這些節(jié)拍換算成秒就知道了。。。)
利用time_after宏就可以巧妙的避免回繞帶來(lái)的超時(shí)判斷問(wèn)題，將之前的代碼改成如下代碼即可：
unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; /* 設(shè)置超時(shí)時(shí)間為 0.5秒 */ while (time_after(jiffies, timeout)) { /* 還沒(méi)有超時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù) */ } /* 執(zhí)行超時(shí)后的任務(wù) */
3.3 時(shí)鐘中斷處理程序
時(shí)鐘中斷處理程序作為系統(tǒng)定時(shí)器而注冊(cè)到內(nèi)核中，體系結(jié)構(gòu)的不同，可能時(shí)鐘中斷處理程序中處理的內(nèi)容不同。
但是以下這些基本的工作都會(huì)執(zhí)行：
- 獲得 xtime_lock 鎖，以便對(duì)訪問(wèn) jiffies_64 和墻上時(shí)間 xtime 進(jìn)行保護(hù)
- 需要時(shí)應(yīng)答或重新設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘
- 周期性的使用墻上時(shí)間更新實(shí)時(shí)時(shí)鐘
- 調(diào)用 tick_periodic()
tick_periodic函數(shù)位于： kernel/time/tick-common.c 中
static void tick_periodic(int cpu) { if (tick_do_timer_cpu == cpu) { write_seqlock(&xtime_lock); /* Keep track of the next tick event */ tick_next_period = ktime_add(tick_next_period, tick_period); do_timer(1); write_sequnlock(&xtime_lock); } update_process_times(user_mode(get_irq_regs())); profile_tick(CPU_PROFILING); }
其中最重要的是 do_timer 和 update_process_times 函數(shù)。
我了解的步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)單的注釋。
void do_timer(unsigned long ticks) { /* jiffies_64 增加指定ticks */ jiffies_64 += ticks; /* 更新實(shí)際時(shí)間 */ update_wall_time(); /* 更新系統(tǒng)的平均負(fù)載值 */ calc_global_load(); } void update_process_times(int user_tick) { struct task_struct *p = current; int cpu = smp_processor_id(); /* 更新當(dāng)前進(jìn)程占用CPU的時(shí)間 */ account_process_tick(p, user_tick); /* 同時(shí)觸發(fā)軟中斷，處理所有到期的定時(shí)器 */ run_local_timers(); rcu_check_callbacks(cpu, user_tick); printk_tick(); /* 減少當(dāng)前進(jìn)程的時(shí)間片數(shù) */ scheduler_tick(); run_posix_cpu_timers(p); }
4. 定時(shí)器執(zhí)行流程
這里討論的定時(shí)器執(zhí)行流程是動(dòng)態(tài)定時(shí)器的執(zhí)行流程。
4.1 定時(shí)器的定義
定時(shí)器在內(nèi)核中用一個(gè)鏈表來(lái)保存的，鏈表的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)定時(shí)器。
參見(jiàn)頭文件 <linux/timer.h>
struct timer_list { struct list_head entry; unsigned long expires; void (*function)(unsigned long); unsigned long data; struct tvec_base *base; #ifdef CONFIG_TIMER_STATS void *start_site; char start_comm[16]; int start_pid; #endif #ifdef CONFIG_LOCKDEP struct lockdep_map lockdep_map; #endif };
通過(guò)加入條件編譯的參數(shù)，可以追加一些調(diào)試信息。
4.2 定時(shí)器的生命周期
一個(gè)動(dòng)態(tài)定時(shí)器的生命周期中，一般會(huì)經(jīng)過(guò)下面的幾個(gè)步驟：
1. 初始化定時(shí)器：
struct timer_list my_timer; /* 定義定時(shí)器 */ init_timer(&my_timer); /* 初始化定時(shí)器 */
2. 填充定時(shí)器：
my_timer.expires = jiffies + delay; /* 定義超時(shí)的節(jié)拍數(shù) */ my_timer.data = 0; /* 給定時(shí)器函數(shù)傳入的參數(shù) */ my_timer.function = my_function; /* 定時(shí)器超時(shí)時(shí)，執(zhí)行的自定義函數(shù) */ /* 從定時(shí)器結(jié)構(gòu)體中，我們可以看出這個(gè)函數(shù)的原型應(yīng)該如下所示： */ void my_function(unsigned long data);
3. 激活定時(shí)器和修改定時(shí)器：
激活定時(shí)器之后才會(huì)被觸發(fā)，否則定時(shí)器不會(huì)執(zhí)行。
修改定時(shí)器主要是修改定時(shí)器的延遲時(shí)間，修改定時(shí)器后，不管原先定時(shí)器有沒(méi)有被激活，都會(huì)處于激活狀態(tài)。
填充定時(shí)器結(jié)構(gòu)之后，可以只激活定時(shí)器，也可以只修改定時(shí)器，也可以激活定時(shí)器后再修改定時(shí)器。
所以填充定時(shí)器結(jié)構(gòu)和觸發(fā)定時(shí)器之間的步驟，也就是虛線框中的步驟是不確定的。
add_timer(&my_timer); /* 激活定時(shí)器 */ mod_timer(&my_timer, jiffies + new_delay); /* 修改定時(shí)器，設(shè)置新的延遲時(shí)間 */
4. 觸發(fā)定時(shí)器：
每次時(shí)鐘中斷處理程序會(huì)檢查已經(jīng)激活的定時(shí)器是否超時(shí)，如果超時(shí)就執(zhí)行定時(shí)器結(jié)構(gòu)中的自定義函數(shù)。
5. 刪除定時(shí)器：
激活和未被激活的定時(shí)器都可以被刪除，已經(jīng)超時(shí)的定時(shí)器會(huì)自動(dòng)刪除，不用特意去刪除。
/* * 刪除激活的定時(shí)器時(shí)，此函數(shù)返回1 * 刪除未激活的定時(shí)器時(shí)，此函數(shù)返回0 */ del_timer(&my_timer);
在多核處理器上用 del_timer 函數(shù)刪除定時(shí)器時(shí)，可能在刪除時(shí)正好另一個(gè)CPU核上的時(shí)鐘中斷處理程序正在執(zhí)行這個(gè)定時(shí)器，于是就形成了競(jìng)爭(zhēng)條件。
為了避免競(jìng)爭(zhēng)條件，建議使用 del_timer_sync 函數(shù)來(lái)刪除定時(shí)器。
del_timer_sync 函數(shù)會(huì)等待其他處理器上的定時(shí)器處理程序全部結(jié)束后，才刪除指定的定時(shí)器。
/* * 和del_timer 不同，del_timer_sync 不能在中斷上下文中執(zhí)行 */ del_timer_sync(&my_timer);
5. 實(shí)現(xiàn)程序延遲的方法
內(nèi)核中有個(gè)利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)延遲的函數(shù) schedule_timeout
這個(gè)函數(shù)會(huì)將當(dāng)前的任務(wù)睡眠到指定時(shí)間后喚醒，所以等待時(shí)不會(huì)占用CPU時(shí)間。
/* 將任務(wù)設(shè)置為可中斷睡眠狀態(tài) */ set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); /* 小睡一會(huì)兒，“s“秒后喚醒 */ schedule_timeout(s*HZ);
查看 schedule_timeout 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，可以看出是如何使用定時(shí)器的。
signed long __sched schedule_timeout(signed long timeout) { /* 定義一個(gè)定時(shí)器 */ struct timer_list timer; unsigned long expire; switch (timeout) { case MAX_SCHEDULE_TIMEOUT: /* * These two special cases are useful to be comfortable * in the caller. Nothing more. We could take * MAX_SCHEDULE_TIMEOUT from one of the negative value * but I' d like to return a valid offset (>=0) to allow * the caller to do everything it want with the retval. */ schedule(); goto out; default: /* * Another bit of PARANOID. Note that the retval will be * 0 since no piece of kernel is supposed to do a check * for a negative retval of schedule_timeout() (since it * should never happens anyway). You just have the printk() * that will tell you if something is gone wrong and where. */ if (timeout < 0) { printk(KERN_ERR "schedule_timeout: wrong timeout " "value %lx\n", timeout); dump_stack(); current->state = TASK_RUNNING; goto out; } } /* 設(shè)置超時(shí)時(shí)間 */ expire = timeout + jiffies; /* 初始化定時(shí)器，超時(shí)處理函數(shù)是 process_timeout，后面再補(bǔ)充說(shuō)明一下這個(gè)函數(shù) */ setup_timer_on_stack(&timer, process_timeout, (unsigned long)current); /* 修改定時(shí)器，同時(shí)會(huì)激活定時(shí)器 */ __mod_timer(&timer, expire, false, TIMER_NOT_PINNED); /* 將本任務(wù)睡眠，調(diào)度其他任務(wù) */ schedule(); /* 刪除定時(shí)器，其實(shí)就是 del_timer_sync 的宏 del_singleshot_timer_sync(&timer); /* Remove the timer from the object tracker */ destroy_timer_on_stack(&timer); timeout = expire - jiffies; out: return timeout < 0 ? 0 : timeout; } EXPORT_SYMBOL(schedule_timeout); /* * 超時(shí)處理函數(shù) process_timeout 里面只有一步操作，喚醒當(dāng)前任務(wù)。 * process_timeout 的參數(shù)其實(shí)就是 當(dāng)前任務(wù)的地址 */ static void process_timeout(unsigned long __data) { wake_up_process((struct task_struct *)__data); }
schedule_timeout 一般用于延遲時(shí)間較長(zhǎng)的程序。
這里的延遲時(shí)間較長(zhǎng)是對(duì)于計(jì)算機(jī)而言的，其實(shí)也就是延遲大于 1 個(gè)節(jié)拍(jiffies)。
對(duì)于某些極其短暫的延遲，比如只有1ms，甚至1us，1ns的延遲，必須使用特殊的延遲方法。
1s = 1000ms = 1000000us = 1000000000ns (1秒=1000毫秒=1000000微秒=1000000000納秒)
假設(shè) HZ=100，那么 1個(gè)節(jié)拍的時(shí)間間隔是 1/100秒，大概10ms左右。
所以對(duì)于那些極其短暫的延遲，schedule_timeout 函數(shù)是無(wú)法使用的。
好在內(nèi)核對(duì)于這些短暫，精確的延遲要求也提供了相應(yīng)的宏。
/* 具體實(shí)現(xiàn)參見(jiàn) include/linux/delay.h * 以及 arch/x86/include/asm/delay.h */ #define mdelay(n) ... #define udelay(n) ... #define ndelay(n) ...
通過(guò)這些宏，可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)延遲，比如延遲 5ns，只需 ndelay(5); 即可。
這些短延遲的實(shí)現(xiàn)原理并不復(fù)雜，
首先，內(nèi)核在啟動(dòng)時(shí)就計(jì)算出了當(dāng)前處理器1秒能執(zhí)行多少次循環(huán)，即 loops_per_jiffy
(loops_per_jiffy 的計(jì)算方法參見(jiàn) init/main.c 文件中的 calibrate_delay 方法)。
然后算出延遲 5ns 需要循環(huán)多少次，執(zhí)行那么多次空循環(huán)即可達(dá)到延遲的效果。
loops_per_jiffy 的值可以在啟動(dòng)信息中看到：
[root@vbox ~]# dmesg | grep delay Calibrating delay loop (skipped), value calculated using timer frequency.. 6387.58 BogoMIPS (lpj=3193792)
我的虛擬機(jī)中看到 (lpj=3193792)
6. 定時(shí)器和延遲的例子
下面的例子測(cè)試了短延遲，自定義定時(shí)器以及 schedule_timeout 的使用：
#include <linux/sched.h> #include <linux/timer.h> #include <linux/jiffies.h> #include <asm/param.h> #include <linux/delay.h> #include "kn_common.h" MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); static void test_short_delay(void); static void test_delay(void); static void test_schedule_timeout(void); static void my_delay_function(unsigned long); static int testdelay_init(void) { printk(KERN_ALERT "HZ in current system: %dHz\n", HZ); /* test short delay */ test_short_delay(); /* test delay */ test_delay(); /* test schedule timeout */ test_schedule_timeout(); return 0; } static void testdelay_exit(void) { printk(KERN_ALERT "*************************\n"); print_current_time(0); printk(KERN_ALERT "testdelay is exited!\n"); printk(KERN_ALERT "*************************\n"); } static void test_short_delay() { printk(KERN_ALERT "jiffies [b e f o r e] short delay: %lu", jiffies); ndelay(5); printk(KERN_ALERT "jiffies [a f t e r] short delay: %lu", jiffies); } static void test_delay() { /* 初始化定時(shí)器 */ struct timer_list my_timer; init_timer(&my_timer); /* 填充定時(shí)器 */ my_timer.expires = jiffies + 1*HZ; /* 2秒后超時(shí)函數(shù)執(zhí)行 */ my_timer.data = jiffies; my_timer.function = my_delay_function; /* 激活定時(shí)器 */ add_timer(&my_timer); } static void my_delay_function(unsigned long data) { printk(KERN_ALERT "This is my delay function start......\n"); printk(KERN_ALERT "The jiffies when init timer: %lu\n", data); printk(KERN_ALERT "The jiffies when timer is running: %lu\n", jiffies); printk(KERN_ALERT "This is my delay function end........\n"); } static void test_schedule_timeout() { printk(KERN_ALERT "This sample start at : %lu", jiffies); /* 睡眠2秒 */ set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); printk(KERN_ALERT "sleep 2s ....\n"); schedule_timeout(2*HZ); printk(KERN_ALERT "This sample end at : %lu", jiffies); } module_init(testdelay_init); module_exit(testdelay_exit);
其中用到的 kn_common.h 和 kn_common.c 參見(jiàn)之前的博客 《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》讀書筆記（六）- 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
Makefile如下：
# must complile on customize kernel obj-m += mydelay.o mydelay-objs := testdelay.o kn_common.o #generate the path CURRENT_PATH:=$(shell pwd) #the current kernel version number LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r) #the absolute path LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(LINUX_KERNEL) #complie object all: make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned #clean clean: rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.unsigned
執(zhí)行測(cè)試命令及查看結(jié)果的方法如下：(我的測(cè)試系統(tǒng)是 CentOS 6.3 x64)
[root@vbox chap11]# make [root@vbox chap11]# insmod mydelay.ko [root@vbox chap11]# rmmod mydelay.ko [root@vbox chap11]# dmesg | tail -14 HZ in current system: 1000Hz jiffies [b e f o r e] short delay: 4296079617 jiffies [a f t e r] short delay: 4296079617 This sample start at : 4296079619 sleep 2s .... This is my delay function start...... The jiffies when init timer: 4296079619 The jiffies when timer is running: 4296080621 This is my delay function end........ This sample end at : 4296081622 ************************* 2013-5-9 23:7:20 testdelay is exited! *************************
結(jié)果說(shuō)明：
1. 短延遲只延遲了 5ns，所以執(zhí)行前后的jiffies是一樣的。
jiffies [b e f o r e] short delay: 4296079617 jiffies [a f t e r] short delay: 4296079617
2. 自定義定時(shí)器延遲了1秒后執(zhí)行自定義函數(shù)，由于我的系統(tǒng) HZ=1000，所以jiffies應(yīng)該相差1000
The jiffies when init timer: 4296079619 The jiffies when timer is running: 4296080621
實(shí)際上jiffies相差了 1002，多了2個(gè)節(jié)拍
3. schedule_timeout 延遲了2秒，jiffies應(yīng)該相差 2000
This sample start at : 4296079619 This sample end at : 4296081622
實(shí)際上jiffies相差了 2003，多了3個(gè)節(jié)拍
以上結(jié)果也說(shuō)明了定時(shí)器的延遲并不是那么精確，差了2,3個(gè)節(jié)拍其實(shí)就是誤差2,3毫秒(因?yàn)镠Z=1000)
如果HZ=100的話，一個(gè)節(jié)拍是10毫秒，那么定時(shí)器的誤差可能就發(fā)現(xiàn)不了了(誤差只有2,3毫秒，沒(méi)有超多1個(gè)節(jié)拍)。
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