Linux 内核 : Why add_timer() is modifying my "expires" value?

Question

我正在尝试设置一个周期性计时器，每秒钟触发一个函数，但每次调用之间都有一个小偏差。经过一些调查，我发现这是 add_timer() 调用，它向 expires 字段添加了 2 的偏移量(在我的例子中为 ~2ms)。

为什么要加这个漂移？有没有一种干净的方法来防止它？我并不想获得准确的毫秒精度，我对内核实时限制有一个模糊的理解，但至少可以避免每次调用时这种故意延迟。

这是测试模块的输出。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。让我们跟踪 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功能说:

/*
 * 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宏最终调用 do_init_timer默认情况下将松弛设置为 -1。

有了这些知识，让我们减少 apply_slack 并看看它还剩下什么:

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，所以应用 else 部分。在那部分中，expires 和 jiffies 之间的区别略小于 HZ(你只是做了 t.expires = jiffies + HZ。因此，函数(包含您的数据)中的 delta 很可能约为 4，而 delta/4 不为零。

这反过来意味着 mask(即 expires ^ expires_limit)不为零。其余部分实际上取决于 expires 的值，但可以肯定的是，它会发生变化。

好了，由于 slack 自动设置为 -1，apply_slack 函数正在更改您的 expires 是时候对齐了，我猜，计时器滴答作响。

如果你不想要这个 slack，你可以在 timer_init 中初始化定时器时设置 t.slack = 0;。