Linux中断机制及其应用：探究定时器实现原理（linux定时器中断）

Linux中断机制及其应用：探究定时器实现原理

在计算机系统中，中断是指CPU在执行程序的过程中，临时停下来，转而去执行另一个流程的处理方式。在Linux操作系统中，中断机制得到了广泛应用，其中之一就是定时器。本文将探究Linux中断机制及其应用之一的定时器实现原理。

Linux中断机制

在Linux操作系统中，中断是指CPU在执行程序的过程中，转而去执行内核程序或另一进程的程序。中断分为硬件中断和软件中断两种类型。

硬件中断是计算机主板或外设发出的一种请求，它使得CPU暂停执行当前程序，进入中断处理程序，以响应连续不断的外部事件。硬件中断是由硬件触发的，例如键盘输入、鼠标移动、网卡数据接收等。

软件中断是由软件触发的一种中断，例如定时器中断、系统调用等。软件中断是通过触发软件中断指令来实现的，通常是通过向内核发出中断请求实现的。

Linux中断机制是操作系统系统内核与外设之间进行交互的重要机制之一，它可以用于处理和响应来自外部的请求，是计算机完成多任务和实现高性能的基础。

定时器实现原理

在Linux操作系统中，定时器是指一种可重复的软件中断机制，它可以在一定时间间隔内触发软件中断，以响应一些需要定期运行的任务。

定时器通常是由内核维护，实现方式有多种，其中基于HZ、NTP和Jiffies的定时器是最常用的，本文将简述基于HZ的实现方式。

HZ（频率）定义了在一秒钟内中断发生的次数，这个值通常是100、250或1000等。HZ值越大，定时器的精度就越高。

Linux中的定时器是通过内部的数据结构timer_list实现的。timer_list结构体定义如下：

struct timer_list {

struct list_head entry; //链表指针

unsigned long expires; //过期时间

void (*function)(unsigned long);//定时器处理函数

unsigned long data; //参数

};

当创建一个定时器时，它将被加入到内核中的一个双向链表中。每次定时器中断发生时，内核会根据当前时间和定时器的到期时间计算出还有多少时间到定时器到期，然后重新插入链表中。

定时器的精度受到硬件中断处理时间、内存访问等因素的影响。为了提高定时器精度，Linux 2.6内核中新增了高精度定时器hrtimer，并在3.16版本中优化了它的实现，可提供亚微秒级别的定时器精度。

定时器应用

在Linux操作系统中，定时器是一项重要的系统资源，它可以用于各种任务，例如实现定期更新系统状态、执行定期检查、数据同步等。

下面是一个简单的定时器实例代码，它将在5秒后打印一条消息：

#include

#include

MODULE_LICENSE(“GPL”);

static struct timer_list my_timer;

void my_timer_fun(unsigned long data)

{

printk(KERN_INFO “timer expired!\n”);

}

int init_module(void)

{

printk(KERN_INFO “module loaded\n”);

init_timer(&my_timer);

my_timer.expires = jiffies + 5 * HZ;

my_timer.function = my_timer_fun;

my_timer.data = 0;

add_timer(&my_timer);

return 0;

}

void cleanup_module(void)

{

del_timer(&my_timer);

printk(KERN_INFO “module unloaded\n”);

}

上述代码用到了内核的jiffies全局变量，它表示当前系统运行的时间片数。HZ定义了jiffies在一秒钟内中断的次数，因此在本例中，jiffies + 5 * HZ表示在5秒后触发定时器中断。

总结

本文介绍了Linux中断机制及其应用之一的定时器实现原理，深入理解Linux中断机制和定时器的原理对于编写高效、稳定的Linux应用程序非常重要。