Linux基礎系列-定時器與時間管理

一段經典摘抄，OS的心跳，很重要，但很少引起人的注意，除非碰到相關問題。

1、節拍率——HZ：在alpha體繫結構上是1024，而在其它平台上，都為10數量級倍。在嵌入式ARM上為100（2.6核心）。這個值的意義是什麼呢，也就是在arm平台上時鐘中斷100次，為一秒。一般的情況下編程者不要改變這個值，因為核心編很多代碼都是有時間要求的，而且核心編寫都在很多地方都做了相應的最佳化與折衷處理，改變HZ的值會對系統的效能有很大的影響。

2、jiffies：這個值是用來記錄系統自系統啟動以來產生的節拍的總數，啟動時，核心將這個變數初始化為0；在每次的時鐘中斷處理常式都會增加該變數的值，jiffies一秒內增加的值就是HZ，系統已耗用時間以秒為單位計算，則為系統運行了jiffies/HZ秒。

在如下定義（2.6核心）：

extern u64 __jiffy_data jiffies_64;

extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;

在2.6的核心中它的變數類型從無符號長整型變為了u64，也就是說，即使是32位的機器，也使用無符號的64位整型表示jiffies。大多數的代碼只涉及jiffies的低32位，訪問jiffies的代碼中會讀到jiffies_64的低32位，可以通過get_ jiffies_64()函數讀取整個64位。在64位的體繫結構中jiffies_64和jiffies指的同一個變數，代碼可以既可以通過jiffies也可以通過get_ jiffies_64()讀取。

3、為了避免jiffies值的迴繞（溢出），核心中提供了幾個API函數來比較節拍計數。定義在<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設定逾時等，譬如：

unsigned long timeout = jiffies + HZ * 2; // 2秒鐘後逾時

if(time_before(jiffies, timeout){

// 還沒有逾時

}

else{

// 已經逾時

}

4、時間類型

Linux下常用的時間類型有4個：time_t，struct timeval，struct timespec，struct tm。一般用於實際時間（牆上時間），定義在檔案中。

（1）time_t是一個長整型，一般用來表示用1970年以來的秒數，格林威治時間。

（2）Struct timeval有兩個成員，一個是秒，一個是微妙。

struct timeval{

long tv_sec; /**//* seconds */

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

};

（3）struct timespec有兩個成員，一個是秒，一個是納秒。

struct timespec{

time_t tv_sec; /**//* seconds */格林威治時間

long tv_nsec; /**//* nanoseconds */

};

（4）struct tm是直觀意義上的時間表示方法：

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);得到牆上時間，牆上時間一般會在使用者空間裡使用，而在核心空間裡，大多數情況下只要擷取相對時間就OK了，也就是說用jiffies搞定。

5、核心定時器

核心定時器可以理解為一個軟體定時器，它可以被動態建立、更改和銷毀等，而且運行次數沒有限制。

定時器同結構time_list表示，此結構體定義在<linux/timer.h>中。

struct timer_list {

struct list_head entry; //包含定時器的鏈表

unsigned long expires; //以jiffies為單位的定時值

void (*function)(unsigned long); //定時時間到的處理函數

unsigned long data; //傳給片處理函數的參數，可以用在共用一個處理函數的情況。

struct tvec_base *base; //內部值，使用者呼略是安全的

#ifdef CONFIG_TIMER_STATS

void *start_site;

char start_comm[16];

int start_pid;

#endif

#ifdef CONFIG_LOCKDEP

struct lockdep_map lockdep_map;

#endif

};

在使用定時器時，沒有必要去深入瞭解這個資料結構體的成員。可以使用在中的API來操作。

增加定時器

void add_timer(struct timer_list * timer);

刪除定時器

int del_timer(struct timer_list * timer);

修改定時器的expire

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

使用定時器的一般流程為：

（1）定義timer、編寫function；

（2）為timer的expires、data、function賦值；

（3）調用add_timer將timer加入列表；

（4）在定時器到期時，function被執行；

（5）在程式中涉及timer控制的地方適當地調用del_timer、mod_timer刪除timer或修改timer的expires。

補充：一般應該使用del_timer_sync()來代替del_timer(),在俺的板子上就同沒有必要了，因為俺的板子是單一處理器的，在SMP中一定要代替使用。

6、短延遲

前面所講到的時間都是很長的了啦，在核心中提供了二個更短延遲的函數來供開發人員使用

udelay(unsigned long usecs);   //微秒

mdelay(unsigned long msecs);  //毫秒

前者用軟體迴圈指定的微妙數，後者調用前者達到延遲毫秒級。udelay 函數只能用於擷取較短的時間延遲，因為loops_per_second值的精度只有8位，所以，當計算更長的延遲時會積累出相當大的誤差。儘管最大能允 許的延遲將近1秒(因為更長的延遲就要溢出)，推薦的 udelay 函數的參數的最大值是取1000微秒(1毫秒)。延遲大於 11 毫秒時可以使用函數 mdelay。

要特別注意的是 udelay 是個忙等待函數（所以 mdelay 也是），在延遲的時間段內無法運行其他的任務，因此要十分小心，尤其是 mdelay，除非別無他法，要盡量避免使用。