定时器¶

定时器基于 tick，是根据系统 jiffies 来触发的，精度相对比较低。利用定时器，我们可以设定在未来的某个时刻，触发一个特定的事件。

节拍率和jiffies变量¶

系统定时器的频率被称为节拍率（tick rate），产生的两次时钟中断的间隔就被称为节拍（tick），它等于节拍率分之一秒。内核通过时钟中断间隔来计算系统运行时间。

定时器频率是通过静态预处理定义的，在系统启动时被设置，该值与体系结构相关。如果设置为 1000，那么每秒就产生 1000 次中断（每 1ms 产生一次）。

定时器频率应设置为一个理想的值，高 HZ 可以提高系统的性能，使得由时间驱动的事件更为精确。但同时也带来了额外的系统负担，因为处理器会被更频繁地打断去执行时钟中断处理程序。

全局变量jiffies用来记录系统启动以来产生的节拍总数。内核在启动时将该变量初始化为0，此后每产生一次时钟中断该值就+1。因为一秒内时钟中断的次数等于 HZ，所以jiffies一秒内增加的值也就为 HZ。系统运行时间以秒为计，其值等于 jiffies/HZ。

jiffies变量被定义为unsigned long类型。在32位体系结构上是32位。如果时钟频率为 100HZ，那么 497 天后会溢出。如果是64位体系结构，可以放心地认为它不会溢出。

当jiffies变量的值溢出后再继续增加的话，它会回绕至0。内核使用time_after、time_after_eq、time_before和time_before_eq宏来判断两个时间值的关系。

为了解决jiffies变量的溢出问题，内核引入了jiffies_64变量，这是一个64位的无符号整数。在64位架构上，这两个变量是一个值；但在32位架构上，对64位值的访问不是原子的。这意味着读取64位值的高32位和低32位时，变量的值可能会发生更新而导致获取错误的值。因此在32位架构上不能对64位的值直接读取，必须使用一个特殊的辅助函数get_jiffies_64。

定时器的使用¶

一个定时器是用struct timer_list结构体来表示的：

struct timer_list {
    struct hlist_node   entry;
    unsigned long       expires;
    void            (*function)(struct timer_list *);
    u32         flags;
    ......
};

entry：所有的定时器会根据到期的时间被分配到一组链表中的一个

expires：定时器的到期时间，以jiffies为单位

function：定时器到期时要执行的毁掉函数

flags：标志位

函数	描述
DEFINE_TIMER	定义一个timer
timer_setup	初始化timer
add_timer	添加一个timer
add_timer_on	将timer添加到指定CPU上
mod_timer	修改到期时间
del_timer	停止timer
del_timer_syn	等待timer执行完毕再停止

延迟执行¶

内核代码往往需要推迟某些任务的执行，这种推迟通常发生在等待硬件完成某些工作，而且等待时间往往非常短。内核提供了多种延迟方法来处理延迟请求。

忙等待¶

最简单的延迟方法就是忙等待。该方法仅仅在想要延迟的时间是节拍的整数倍，或者精确率要求不高的情况下才可以使用。忙等待的实现非常简单——在一个循环中不断等待直到希望的时钟节拍数耗尽，比如：

unsigned long timeout = jiffies + 10;    //等待10个节拍
while(time_before(jiffies, timeout)){
    //relax
}

该循环将不断执行，直到jiffies大于delay为止。这是一种低效的办法，因为处理器除了等待不会做任何事情。

让出处理器¶

忙等待大大浪费了系统的性能，一种解决办法是在不需要CPU的情况下主动释放：

while(time_before(jiffies, timeout)){
    schedule();
}

超时执行¶

如果驱动程序使用等待队列来等待其他一些事件，而我们同时希望在特定时间段中运行，可以使用wait_event_timeout()或者wait_event_interruptible_timeout()函数。调用上述函数会使进程进入等待状态，直到某个条件为真：

long wait_event_timeout(wait_queue_head_t q, int condition, long timeout);
long wait_event_interruptible_timeout(wait_queue_head_t q, int condition, long timeout);

这两个函数的区别是，第一个函数不可中断，而第二个函数可以响应信号。两个函数都会在给定的等待队列上休眠，在超时到期时返回。如果有其他进程在等待队列上调用了wake_up()函数，也会使得进程从等待队列中被唤醒。

对于无需等待特定事件而延迟的情况，可以使用schedule_timeout()函数：

signed long schedule_timeout(signed long timeout);

timeout是用jiffies表示的延迟时间。schedule_timeout()函数要求预先设置进程状态：set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE)。

注意，由于schedule_timeout()函数需要调用调度程序，所以调用它的代码必须保证能够睡眠。也就是调用函数必须位于进程上下文中，且不能持有锁。

当任务被重新调度时，将返回代码进入睡眠前的位置继续执行。如果任务提前被唤醒，那么定时器被撤销。

短延迟¶

https://www.kernel.org/doc/html/v6.6/timers/timers-howto.html

使用短延迟时需要注意自己的代码是否位于原子上下文中。

原子上下文：

必须使用*delay函数族，这些函数忙等待足够的循环周期以实现所需的延迟：

ndelay(unsigned long nsecs)
udelay(unsigned long usecs)
mdelay(unsigned long msecs)

首选udelay，非PC设备可能无法满足ns的精度。mdelay也不建议使用。

非原子上下文：

应该使用*sleep函数族，这些函数底层机制都不同：

由忙等待支持：udelay(unsigned long usecs)
由高精度定时器支持：usleep_range(unsigned long min, unsigned long max)
由jiffies支持：msleep(unsigned long msecs)

休眠"几"微秒(< 10us)：使用udelay

休眠~微秒或小毫秒(10us ~ 20ms)：使用usleep_range

休眠更长毫秒(10ms+)：使用msleep

灵活的休眠(任意延迟，不可中断)：使用fsleep