在 Linux 驱动开发中，内核定时器（Kernel Timer） 是一种高频率使用的机制，用于在未来的某个时间点触发特定的执行逻辑。与用户态的 sleep 不同，内核定时器是异步的，且运行在中断上下文中。
1.定时器核心概念
Linux 内核通过一个全局变量 jiffies 来记录自系统启动以来产生的节拍数。
HZ (Hertz)：内核每秒钟产生的节拍数（通常为 100, 250 或 1000）。
jiffies：系统开机到目前的节拍总数。每过 1/HZ 秒，jiffies 自动加 1。
Expires：定时器的到期时间点，计算公式为：
expires = jiffies + msecs_to_jiffies(1000)
节拍数HZ的修改步骤如下：
1.进入内核源码路径下，输入make menuconfig；
2.选择Processor type and features进入；
3.选择Timer frequency进入，修改节拍数；
2.定时器核心API
DEFINE_TIMER(name, function) ：这是一个宏，用于静态定义并初始化一个定时器。它设定了回调函数，并将其他字段（如到期时间）初始化为 0。
add_timer(timer)：将定时器加入内核链表并启动。它要求 timer->expires 必须预先设置好。
mod_timer(timer, expires)：驱动开发中最常用的函数，循环定时就靠他，功能：修改定时器的到期时间并重新启动。
del_timer(timer)：尝试删除定时器。如果定时器正在运行，它可能删除失败。
del_timer_sync(timer):最安全的删除方式。它会等待定时器在其他 CPU 上的回调函数执行完毕后再返回。
3.定时器实验
这段代码实现了一个简单的 Linux 字符设备驱动程序，它演示了以下核心功能：
动态申请字符设备号、注册字符设备、自动创建设备节点。
通过原子变量实现无锁的计数统计。
使用内核定时器周期性执行任务（每秒递增原子计数器）。
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/kdev_t.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/device.h> #include <linux/uaccess.h> //copy_to_user copy_from_user #include <linux/string.h> //strlen #include <linux/wait.h> //等待队列头文件 #include <linux/time.h> struct cdev_test_dev{ dev_t dev_num; int major; int minor; struct cdev cdev_test; struct class* class_test; struct device* device_test; char kbuf[100]; atomic64_t counter; }; struct cdev_test_dev dev1; static void timer_func(struct timer_list *t); DEFINE_TIMER(timer,timer_func); static void timer_func(struct timer_list *t) { printk("timer_function...\n"); mod_timer(&timer,jiffies_64 + msecs_to_jiffies(1000)); atomic64_inc(&dev1.counter); } static int cdev_test_open(struct inode* inode,struct file* filp) { printk("cdev_test_open\n"); filp->private_data = &dev1; //将设备结构体指针保存在文件私有数据中 printk("major = %d,minor = %d\n",dev1.major,dev1.minor); timer.expires = jiffies_64 + msecs_to_jiffies(1000); add_timer(&timer); atomic64_set(&dev1.counter,0); return 0; } static ssize_t cdev_test_read(struct file* filp,char __user* buf,size_t count,loff_t* offset) { unsigned int counter = 0; counter = atomic64_read(&dev1.counter); copy_to_user(buf,&counter,sizeof(counter)); //用于将内核空间的数据复制到用户空间,使用strlen而不是sizeof是为了去掉字符串末尾的'\0' printk("cdev_test_read\n"); return 0; } static ssize_t cdev_test_write(struct file* filp,const char __user* buf,size_t count,loff_t* offset) { struct cdev_test_dev* dev = (struct cdev_test_dev*)filp->private_data; if(dev->minor == 0) { copy_from_user(dev->kbuf,buf,count); //用于将用户空间的数据复制到内核空间 printk("cdev_test_write to dev1: %s\n",dev->kbuf); } return count; } static int cdev_test_release(struct inode* inode,struct file* flip) { printk("cdev_test_release\n"); del_timer(&timer); return 0; } static struct file_operations fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = cdev_test_open, .read = cdev_test_read, .write = cdev_test_write, .release = cdev_test_release, }; //文件操作结构体 static int __init module_cdev_init(void) { int ret; int major,minor; //1.申请设备号 ret = alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num,0,1,"cdev_test1"); if(ret < 0) { goto err_alloc; } dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num); dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num); printk("major = %d,minor = %d\n",dev1.major,dev1.minor); //2.初始化字符设备结构体 cdev_init(&dev1.cdev_test,&fops); dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE; //3.注册字符设备 ret = cdev_add(&dev1.cdev_test,dev1.dev_num,1); if(ret < 0) { goto err_add; }else { printk("cdev_add success\n"); } //4.自动创建设备节点(创建类和设备) dev1.class_test = class_create(THIS_MODULE,"cdev_test_class"); if(IS_ERR(dev1.class_test)) { ret = PTR_ERR(dev1.class_test); goto err_class; } dev1.device_test = device_create(dev1.class_test,NULL,dev1.dev_num,NULL,"cdev_test_device"); if(IS_ERR(dev1.device_test)) { ret = PTR_ERR(dev1.device_test); goto err_device; } return 0; err_device: class_destroy(dev1.class_test); err_class: cdev_del(&dev1.cdev_test); err_add: unregister_chrdev_region(dev1.dev_num,1); err_alloc: return ret; } static void __exit module_cdev_exit(void) { //1.删除字符设备 cdev_del(&dev1.cdev_test); //2.释放设备号 unregister_chrdev_region(dev1.dev_num,1); //3.销毁设备节点和类 device_destroy(dev1.class_test,dev1.dev_num); class_destroy(dev1.class_test); //4.释放定时器 del_timer_sync(&timer); printk("cdev_test exit\n"); } module_init(module_cdev_init); module_exit(module_cdev_exit); MODULE_LICENSE("GPL");注意：1.新版本Linux内核， timer_func(struct timer_list *t)函数的参数必须是struct timer_list *t，不能填void，更不能不填，在内核C中：如果一个函数不需要任何参数，必须显式地在括号内写上void。
2.目前的版本有内核崩溃风险：add_timer 不能对已经在运行的定时器使用。如果用户 A 打开了设备，定时器开始运行；此时用户 B 再打开，第二次调用 add_timer 会导致内核由于链表破坏而触发 Oops 或 Panic。
改进，实现互斥访问，只能有一个设备被打开：
（1）在结构体中增加一个原子变量available：
struct cdev_test_dev { ... atomic_t available; // 1 表示可用，0 表示被占用 };（2）在module_init中初始化为1：
atomic_set(&dev1.available, 1);（3）修改 open 和 release
使用 atomic_dec_and_test（减 1 并测试是否为 0）来实现逻辑：
static int cdev_test_open(struct inode* inode, struct file* filp) { // 尝试获取设备：available 从 1 变成 0 if (!atomic_dec_and_test(&dev1.available)) { atomic_inc(&dev1.available); // 恢复原值 return -EBUSY; // 返回设备忙错误码 } filp->private_data = &dev1; mod_timer(&timer, jiffies + msecs_to_jiffies(1000)); atomic64_set(&dev1.counter, 0); return 0; } static int cdev_test_release(struct inode* inode, struct file* flip) { del_timer_sync(&timer); atomic_inc(&dev1.available); // 释放设备：available 变回 1 return 0; }
