深入探究：Linux中hrtimer的应用技巧 (linux hrtimer用法)
随着计算机技术的不断发展，现代操作系统的软实时性越来越得到重视。Linux作为一种主流的开源操作系统，其内核设计的软实时性能也得到了广泛认可。其中，hrtimer是一个重要的软实时性能优化工具，能够实现高精度的定时器管理。本文将深入探究Linux中hrtimer的应用技巧，为读者提供关于hrtimer的基础知识和常见用法，帮助读者更好地优化软实时性能。
什么是hrtimer？
在深入探究hrtimer的应用技巧之前，我们需要了解什么是hrtimer。
hrtimer本质上是一种定时器，其中“hr”是high-resolution的缩写，表示高分辨率。与传统定时器不同的是，hrtimer能够实现高精度的定时，达到微秒级甚至纳秒级的时间精度。同时，hrtimer还能够进行周期性定时，因此它被广泛应用于实时性要求较高的场景。
hrtimer主要应用于Linux内核中，可以用来进行内核线程调度、延迟计算、网络协议等场景。同时，hrtimer还被广泛应用于Linux下的各种实时操作系统和实时应用程序中。
hrtimer的基本使用方法
理解了hrtimer的概念和作用之后，接下来我们将介绍hrtimer的基本使用方法。
hrtimer的使用分为两个阶段：创建hrtimer和注册hrtimer。
1. 创建hrtimer
hrtimer的创建需要使用hrtimer_init函数，该函数定义如下：
“`
void hrtimer_init(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock, enum hrtimer_mode mode);
“`
其中，timer是要创建的hrtimer实例，which_clock是时钟源，mode是定时器的模式。
2. 注册hrtimer
hrtimer注册需要使用hrtimer_start或hrtimer_forward函数，这两个函数分别用于启动或重置定时器。它们的定义如下：
“`
int hrtimer_start(struct hrtimer *timer, const ktime_t expires, const enum hrtimer_mode mode);
void hrtimer_forward(struct hrtimer *timer, ktime_t now, const ktime_t interval);
“`
其中，timer是要注册的hrtimer实例，expires是定时器的到期时间，mode是定时器的模式。
除此之外，hrtimer还有一些常用的属性和方法，如下：
– hrtimer_cancel：取消定时器注册
– hrtimer_get_residue：获取剩余时间
– hrtimer_get_expires：获取下次到期时间
– hrtimer_restart：重新启动定时器
hrtimer应用技巧
了解了hrtimer的基本使用方法之后，我们来看一些hrtimer的实际应用技巧。
1. 定时管理
在实际应用中，有许多场景需要进行定时管理，比如延迟计算、周期性任务等。此时，hrtimer就能够派上用场。
比如下面的代码中，我们使用hrtimer启动一个定时器，当定时器到期时输出“hello world”。这个例子展示了如何使用hrtimer进行定时管理：
“`
#include
#include
#include
static struct hrtimer hr_timer;
enum hrtimer_restart timer_callback(struct hrtimer *timer)
{
printk(KERN_INFO “Hello world\n”);
hrtimer_forward(timer, ktime_get(), ktime_set(0, 1000000));
return HRTIMER_RESTART;
}
int init_module(void)
{
ktime_t ktime = ktime_set(0, 1000000);
hrtimer_init(&hr_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
hr_timer.function = &timer_callback;
hrtimer_start(&hr_timer, ktime, HRTIMER_MODE_REL);
return 0;
}
void cleanup_module(void)
{
hrtimer_cancel(&hr_timer);
}
MODULE_LICENSE(“GPL”);
“`
2. 内核线程调度
线程调度是Linux内核的一项重要功能，它能够让内核按照某种策略动态地分配CPU时间给各个线程。在实际应用中，可以通过hrtimer来实现内核线程调度。
比如下面的代码中，我们使用hrtimer代替传统的定时器来调度内核线程。具体来说，当定时器到期时，会唤醒对应的内核线程，从而实现线程调度：
“`
#include
#include
#include
#include
static enum hrtimer_restart timer_callback(struct hrtimer *timer);
struct task_struct *task;
static struct hrtimer hr_timer;
enum hrtimer_restart timer_callback(struct hrtimer *timer)
{
wake_up_process(task);
hrtimer_forward(timer, ktime_get(), ktime_set(0, 1000000));
return HRTIMER_RESTART;
}
int thread_fn(void *data)
{
printk(KERN_INFO “I’m in\n”);
while (!kthread_should_stop()) {
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
schedule();
printk(KERN_INFO “awaken\n”);
}
printk(KERN_INFO “I’m out\n”);
return 0;
}
int init_module(void)
{
ktime_t ktime = ktime_set(1, 0);
hrtimer_init(&hr_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
hr_timer.function = &timer_callback;
hrtimer_start(&hr_timer, ktime, HRTIMER_MODE_REL);
task = kthread_create(&thread_fn, NULL, “my_thread”);
wake_up_process(task);
return 0;
}
void cleanup_module(void)
{
hrtimer_cancel(&hr_timer);
kthread_stop(task);
}
MODULE_LICENSE(“GPL”);
“`
3. 延迟计算
延迟计算是一种实时性要求较高的场景。利用hrtimer，我们可以实现高精度的延迟计算。比如下面的代码中，我们使用hrtimer实现一个每隔10ms打印一次时间戳的程序：
“`
#include
#include
#include
#include
static struct hrtimer hr_timer;
static ktime_t kt_period;
enum hrtimer_restart timer_callback(struct hrtimer *timer)
{
ktime_t currtime, remnder;
currtime = ktime_get();
printk(KERN_INFO “%lld.%lld\n”, (long long)currtime.tv_sec, (long long)currtime.tv_nsec);
remnder = ktime_sub(kt_period, ktime_get());
hrtimer_forward_now(timer, remnder);
return HRTIMER_RESTART;
}
int init_module(void)
{
kt_period = ktime_set(0, 10000000); // 10ms
hrtimer_init(&hr_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
hr_timer.function = &timer_callback;
hrtimer_start(&hr_timer, kt_period, HRTIMER_MODE_REL);
return 0;
}
void cleanup_module(void)
{
hrtimer_cancel(&hr_timer);
}
MODULE_LICENSE(“GPL”);
“`
