Linux之定时器与时间管理

转自：http://linux.chinaitlab.com/SHELL/823847.html

Linux之定时器与时间管理

　　定时器与时间管理：

　　1、节拍率——HZ：在alpha体系结构上1024，而在其它平台上，都为10数量级倍。在嵌入式ARM上为100（2.6内核）。这个值的意义是什么呢，也就是在arm平台上时钟中断100次，为一秒。一般的情况下编程者不要改变这个值，因为内核编很多代码都是有时间要求的，而且内核编写都在很多地方都做了相应的优化与折衷处理，改变HZ的值会对系统的性能有很大的影响。

　　2、jiffies：这个值是用来记录系统自系统启动以来产生的节拍的总数，启动时，内核将这个变量初始化为0；在每次的时钟中断处理程序都会增加该变量的值，jiffies一秒内增加的值就是HZ，系统运行时间以秒为单位计算，则为系统运行了jiffies/HZ秒。

　　在<jiffies.h>如下定义（2.6内核）：

　　extern u64 __jiffy_data jiffies_64;

　　extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;

　　在2.6的内核中它的变量类型从无符号长整型变为了u64，也就是说，即使是32位的机器，也使用无符号的64位整型表示jiffies。大多数的代码只涉及jiffies的低32位，访问jiffies的代码中会读到jiffies_64的低32位，可以通过get_ jiffies_64()函数读取整个64位。在64位的体系结构中jiffies_64和jiffies指的同一个变量，代码可以既可以通过jiffies也可以通过get_ jiffies_64()读取。

　　3、为了避免jiffies值的回绕（溢出），内核中提供了几个API函数来比较节拍计数。定义在<linux/jiffies.h>中。

　　/* time_is_before_jiffies(a) return true if a is before jiffies */

　　#define time_is_before_jiffies(a) time_after(jiffies, a)

　　/* time_is_after_jiffies(a) return true if a is after jiffies */

　　#define time_is_after_jiffies(a) time_before(jiffies, a)

　　/* time_is_before_eq_jiffies(a) return true if a is before or equal to jiffies*/

　　#define time_is_before_eq_jiffies(a) time_after_eq(jiffies, a)

　　/* time_is_after_eq_jiffies(a) return true if a is after or equal to jiffies*/

　　#define time_is_after_eq_jiffies(a) time_before_eq(jiffies, a)

　　例：

　　可以利用jiffies设置超时等，譬如：

　　unsigned long timeout = jiffies + HZ * 2; // 2秒钟后超时

　　if(time_before(jiffies, timeout){

　　// 还没有超时

　　}

　　else{

　　// 已经超时

　　}

　　4、时间类型

　　Linux下常用的时间类型有4个：time_t，struct timeval，struct timespec，struct tm。一般用于实际时间（墙上时间），定义在文件<kernel/time.h>中。

　　（1）time_t是一个长整型，一般用来表示用1970年以来的秒数，格林威治时间。

　　（2）Struct timeval有两个成员，一个是秒，一个是微妙。

　　struct timeval{

　　long tv_sec; /**//* seconds */

　　long tv_usec; /**//* microseconds */

　　};

　　（3）struct timespec有两个成员，一个是秒，一个是纳秒。

　　struct timespec{

　　time_t tv_sec; /**//* seconds */格林威治时间

　　long tv_nsec; /**//* nanoseconds */

　　};

　　（4）struct tm是直观意义上的时间表示方法：

　　struct tm {

　　int tm_sec; /**//* seconds */

　　int tm_min; /**//* minutes */

　　int tm_hour; /**//* hours */

　　int tm_mday; /**//* day of the month */

　　int tm_mon; /**//* month */

　　int tm_year; /**//* year */

　　int tm_yday; /**//* day in the year */

　　int tm_wday; /**//* day of the week */

　　int tm_isdst; /**//* daylight saving time */

　　};

　　：一般使用int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);得到墙上时间，墙上时间一般会在用户空间里使用，而在内核空间里，大多数情况下只要获取相对时间就OK了，也就是说用jiffies搞定。

　　5、内核定时器

　　内核定时器可以理解为一个软件定时器，它可以被动态的创建、更改和销毁等，而且运行次数没有限制。

　　定时器同结构time_list表示，此结构体定义在<linux/timer.h>中。

　　struct timer_list {

　　struct list_head entry; //包含定时器的链表

　　unsigned long expires; //以jiffies为单位的定时值

　　void (*function)(unsigned long); //定时时间到的处理函数

　　unsigned long data; //传给片处理函数的参数，可以用在共用一个处理函数的情况。

　　struct tvec_base *base; //内部值，用户呼略是安全的

　　#ifdef CONFIG_TIMER_STATS

　　void *start_site;

　　char start_comm[16];

　　int start_pid;

　　#endif

　　#ifdef CONFIG_LOCKDEP

　　struct lockdep_map lockdep_map;

　　#endif

　　};

　　在使用定时器时，没有必要去深入了解这个数据结构体的成员。可以使用在<linux/timer.c>中的API来操作。

　　增加定时器

　　void add_timer(struct timer_list * timer);

　　删除定时器

　　int del_timer(struct timer_list * timer);

　　修改定时器的expire

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

　　使用定时器的一般流程为：

　　（1）定义timer、编写function；

　　（2）为timer的expires、data、function赋值；

　　（3）调用add_timer将timer加入列表；

　　（4）在定时器到期时，function被执行；

　　（5）在程序中涉及timer控制的地方适当地调用del_timer、mod_timer删除timer或修改timer的expires。

　　补充：一般应该使用del_timer_sync()来代替del_timer(),在俺的板子上就同没有必要了，因为俺的板子是单处理器的，在SMP中一定要代替使用。

　　6、短延迟

　　前面所讲到的时间都是很长的了啦，在内核中提供了二个更短延迟的函数来供开发人员使用

　　udelay(unsigned long usecs);   //微秒

　　mdelay(unsigned long msecs);  //毫秒

　　前者用软件循环指定的微妙数，后者调用前者达到延迟毫秒级。udelay 函数只能用于获取较短的时间延迟，因为loops_per_second值的精度只有8位，所以，当计算更长的延迟时会积累出相当大的误差。尽管最大能允 许的延迟将近1秒(因为更长的延迟就要溢出)，推荐的 udelay 函数的参数的最大值是取1000微秒(1毫秒)。延迟大于 11 毫秒时可以使用函数 mdelay。

　　：要特别注意的是 udelay 是个忙等待函数（所以 mdelay 也是），在延迟的时间段内无法运行其他的任务，因此要十分小心，尤其是 mdelay，除非别无他法，要尽量避免使用。