定时器和时间管理

2026年10月7日 · 约 8 分钟

jiffies

全局变量用于自系统启动以来产生的节拍总数

基础术语

硬件时钟内核依赖底层硬件提供时间基准，主要有两种：

实时时钟 (RTC - Real Time Clock): 这是一个主板上的独立芯片，自带电池供电。即使计算机关机，它也会继续走时。它的主要作用是在系统开机时为内核提供初始的墙上时间（Wall Time）。
系统定时器 (System Timer / OS Timer): 比如 x86 架构下的 PIT、HPET 或 Local APIC Timer。它以固定的频率向 CPU 发送周期性的硬件中断（时钟中断）。这是内核跳动的“心脏”

软件时钟（关键概念）内核利用硬件提供的时钟中断，在软件层面上维护了几个极其重要的概念：

HZ (赫兹): 定义了系统定时器一秒钟内触发时钟中断的次数。例如，如果 HZ = 1000，意味着每秒有 1000 次时钟中断。
Tick (滴答): 两次连续时钟中断之间的时间间隔。Tick = $1 / HZ$ 秒。如果 HZ 是 1000，那么一个 Tick 就是 1 毫秒。
Jiffies: 这是一个全局变量，记录了自系统启动以来发生的 Tick 总数。每次发生时钟中断，jiffies 就会加 1。内核极其依赖它来计算时间流逝和处理低精度超时。
墙上时间 (Wall Time): 即我们人类日常看到的当前日期和时间。内核内部通常通过 xtime（或现代内核中的特定结构）来维护，它记录了自 1970 年 1 月 1 日以来的秒数和纳秒数

硬件时钟跳动一次内核所发生的事

1.体系结构部分由于系统架构的不同（arm，x86）其处理硬件时钟的中断的方式不同，所以内核会有针对其架构的中断代码，主要内容为：

获得xtime_lock，
应该系统时钟，告诉底层硬件中断信号我收到了
周期性的核对墙上时钟和rtc时钟是否相同
调用tick_periodic(),这个函数就与具体架构无关了

2.体系结构无关部分

更新 iffies_64,xtime
调用scheduler_tick()，检查进程时间片是否用完（触发调度）

定时器怎么用

内核定时器的生命周期和固定 API 主要包含以下几个步骤：

1. 定义定时器结构体

首先，你需要定义一个 timer_list 结构体变量。

#include <linux/timer.h>

struct timer_list my_timer;

2. 初始化定时器：`timer_setup()`

在给定时器设定时间之前，必须先初始化它，把它和你的处理函数绑定起来。

现代 API (>= Linux 4.15):

void timer_setup(struct timer_list *timer,
                 void (*callback)(struct timer_list *),
                 unsigned int flags);

回调函数的参数直接就是这个定时器的指针。这比老版本更安全，你可以通过 from_timer 宏反向推导出包含这个定时器的外层结构体。

老版本 API (旧书上常见的 init_timer 或 setup_timer): 旧版本中，你需要手动设置 .function 和 .data（通常用来传递自定义参数），现在这种方式已经被彻底淘汰。

3. 设置超时时间并激活：`add_timer()`

初始化完成后，你需要告诉内核这个定时器什么时候触发，并把它加入到内核的时间轮中。

// 设置超时时间：当前时间 (jiffies) 加上你想等待的 Tick 数
// 比如等待 2 秒：jiffies + msecs_to_jiffies(2000)
my_timer.expires = jiffies + msecs_to_jiffies(2000); 

// 将定时器加入内核链表，正式激活
add_timer(&my_timer);

4. 修改定时器：`mod_timer()` (最常用的 API)

在实际开发中，mod_timer() 比 add_timer() 用得更频繁。它的作用是改变一个定时器的超时时间，并激活它。哪怕这个定时器还没有被 add_timer() 激活过，或者它已经超时执行完了，你都可以直接用 mod_timer()。

// 把定时器的时间修改为从现在起 1 秒后触发
mod_timer(&my_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(1000));

5. 删除定时器：`del_timer()` 与 `del_timer_sync()`

当你不再需要这个定时器（比如卸载模块或者关闭设备）时，必须把它从内核中删掉，否则内核去执行一个已经被释放的内存地址上的函数，会导致系统立刻崩溃（Kernel Panic）。

del_timer(&my_timer); 尝试停止定时器。如果定时器已经超时或尚未激活，返回 0；如果成功停掉了一个正在等待的定时器，返回 1。
del_timer_sync(&my_timer); （强烈推荐） 这是多核 SMP 时代最常用的删除函数。它不仅会从时间轮中删除定时器，还会等待。如果这个定时器的回调函数正在其他 CPU 核心上运行，del_timer_sync() 会一直阻塞等待它运行结束。这保证了模块卸载时的绝对安全。

💡 完整的使用示例 (现代内核风格)

#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/jiffies.h>

// 1. 定义定时器
static struct timer_list my_timer;

// 定时器回调函数（注意参数是 timer_list 指针）
static void my_timer_callback(struct timer_list *timer)
{
    printk(KERN_INFO "定时器响了！当前 jiffies: %lu\n", jiffies);
    
    // 如果你想让它变成周期性定时器，可以在这里再次 mod_timer
    // mod_timer(timer, jiffies + msecs_to_jiffies(1000)); 
}

static int __init my_module_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "模块加载...\n");

    // 2. 初始化定时器
    timer_setup(&my_timer, my_timer_callback, 0);

    // 3. 激活定时器（设置为 3 秒后触发）
    my_timer.expires = jiffies + msecs_to_jiffies(3000);
    add_timer(&my_timer);

    return 0;
}

static void __exit my_module_exit(void)
{
    // 5. 安全地删除定时器
    del_timer_sync(&my_timer);
    printk(KERN_INFO "模块卸载...\n");
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");