Linux 内核：为什么 add_timer() 正在修改我的“过期”值？

Question

我正在尝试设置一个周期性计时器，每秒钟触发一次功能，但每次调用之间会有一点偏差。经过一番调查，我发现这是 add_timer() 调用，它向 expires 字段添加了 2 的偏移量（在我的情况下约为 2ms）。

为什么要添加这种漂移？有没有干净的方法来防止它？我并不是想获得准确的毫秒精度，我对内核实时限制有一个模糊的了解，但至少要避免每次调用时故意延迟。

这是一个测试模块的输出。每对数字是调用前后expires 字段的值：

[100047.127123] Init timer 1000
[100048.127986] Expired timer 99790884 99790886
[100049.129578] Expired timer 99791886 99791888
[100050.131146] Expired timer 99792888 99792890
[100051.132728] Expired timer 99793890 99793892
[100052.134315] Expired timer 99794892 99794894
[100053.135882] Expired timer 99795894 99795896
[100054.137411] Expired timer 99796896 99796898
[...]
[100071.164276] Expired timer 99813930 99813932
[100071.529455] Exit timer

这里是来源：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/time.h>

static struct timer_list t;

static void timer_func(unsigned long data)
{
    unsigned long pre, post;
    t.expires = jiffies + HZ;
    pre = t.expires;
    add_timer(&t);
    post = t.expires;
    printk("Expired timer %lu %lu\n", pre, post);
}

static int __init timer_init(void)
{
    init_timer(&t);
    t.function = timer_func;
    t.expires = jiffies + HZ;
    add_timer(&t);
    printk("Init timer %d\n", HZ);
    return 0;
}

static void __exit timer_exit(void)
{
    del_timer(&t);
    printk("Exit timer\n");
}

module_init(timer_init);
module_exit(timer_exit);

Answer 1

我找到了原因。让我们追踪add_timer 函数：

add_timer 函数调用：

mod_timer(timer, timer->expires);

mod_timer 函数调用：

expires = apply_slack(timer, expires);

然后继续实际修改计时器。

apply_slack 函数说：

/*
 * Decide where to put the timer while taking the slack into account
 *
 * Algorithm:
 *   1) calculate the maximum (absolute) time
 *   2) calculate the highest bit where the expires and new max are different
 *   3) use this bit to make a mask
 *   4) use the bitmask to round down the maximum time, so that all last
 *      bits are zeros
 */

在继续之前，让我们看看计时器的松弛度是多少。 init_timer 宏最终会调用 do_init_timer，它将默认设置为 -1。

有了这些知识，让我们减少apply_slack，看看它还剩下什么：

static inline
unsigned long apply_slack(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
{
        unsigned long expires_limit, mask;
        int bit;

        if (timer->slack >= 0) {
                expires_limit = expires + timer->slack;
        } else {
                long delta = expires - jiffies;

                if (delta < 256)
                        return expires;

                expires_limit = expires + delta / 256;
        }
        mask = expires ^ expires_limit;
        if (mask == 0)
                return expires;

        bit = find_last_bit(&mask, BITS_PER_LONG);

        mask = (1 << bit) - 1;

        expires_limit = expires_limit & ~(mask);

        return expires_limit;
}

第一个if，检查timer->slack >= 0 失败，因此应用else 部分。在该部分中，expires 和 jiffies 之间的差异略小于HZ（您刚刚做了t.expires = jiffies + HZ。因此，函数中的delta（带有您的数据）很可能大约为4 和@987654347 @ 不为零。

这反过来意味着mask（即expires ^ expires_limit）不为零。其余的实际上取决于expires 的值，但肯定会发生变化。

所以你有它，因为slack 自动设置为-1，apply_slack 函数正在改变你的expires 时间，我猜是计时器滴答声。

如果你不想要这个slack，你可以在timer_init初始化定时器的时候设置t.slack = 0;。

Answer 2

这是旧答案！它没有解决您问题中的问题，但仍然是您要实现的目标：具有周期性功能。

让我们在时间轴中可视化您的程序（假设开始时间为 1000 且 HZ=50，时间单位为虚数）：

time (jiffies)   event
1000             in timer_init(): t.expires = jiffies + HZ; // t.expires == 1050

1050             timer_func() is called by timer
1052             in timer_func(): t.expires = jiffies + HZ; // t.expires == 1102

1102             timer_func() is called by timer
1104             in timer_func(): t.expires = jiffies + HZ; // t.expires == 1154

我希望你知道这是怎么回事！问题是计时器到期的时间与您计算的下一次到期时间之间存在延迟。这就是漂移的来源。顺便说一句，如果系统很忙并且您的函数调用被延迟，则偏差可能会更大。

修复它的方法非常简单。问题是当您将t.expires 更新为jiffies 时，这是当前 时间。你应该做的是在最后一次过期之前更新t.expires（已经在t.expires！）。

所以，在你的 timer_func 函数中，而不是：

    t.expires = jiffies + HZ;

简单地做：

    t.expires += HZ;