4. 初始化定时器：timer_setup 与 DEFINE_TIMER 宏、静态初始化与动态初始化方法

内核定时器在使用前必须完成初始化，将 timer_list 结构体的各字段（尤其是回调函数、数据和到期时间）设置为有效值。Linux 内核提供了两套初始化路径：静态初始化（编译时完成）和 动态初始化（运行时完成）。自 Linux 4.15 起，init_timer() 被标记为废弃，统一由 timer_setup() 和 DEFINE_TIMER 宏替代。

4.1 timer_list 结构体回顾

初始化操作的本质是填充 struct timer_list 的关键成员。该结构体定义在 <linux/timer.h> 中，核心字段如下：

字段	类型	说明
entry	struct hlist_node	内核定时器链表节点，由内核维护，驱动不应直接修改
expires	unsigned long	定时器到期时的 jiffies 值
function	void (*)(struct timer_list *)	定时器到期时执行的回调函数（新接口）
flags	unsigned int	定时器标志位，如 TIMER_IRQSAFE、TIMER_DEFERRABLE
slack	int	定时器松弛度，用于合并中断以节省功耗

4.2 静态初始化：DEFINE_TIMER 宏

DEFINE_TIMER 宏在编译时完成定时器的全部初始化工作，适用于全局或静态分配的定时器。其原型为：

#include <linux/timer.h>

DEFINE_TIMER(timer_name, callback_function);

展开后等价于：

struct timer_list timer_name = {
    .function = callback_function,
    .flags    = 0,
    .expires  = 0,
    .slack    = -1,
};

使用示例：

#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/jiffies.h>

static void my_timer_callback(struct timer_list *t)
{
    pr_info("Timer expired!\n");
}

/* 静态定义定时器 */
DEFINE_TIMER(my_timer, my_timer_callback);

static int __init my_init(void)
{
    /* 设置到期时间为当前时间 + 2 秒 */
    mod_timer(&my_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(2000));
    return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
    del_timer_sync(&my_timer);
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

4.3 动态初始化：timer_setup 宏

对于在运行时动态分配（如 kmalloc、kzalloc）或作为结构体成员存在的定时器，使用 timer_setup() 宏进行初始化。其原型为：

#include <linux/timer.h>

timer_setup(timer_ptr, callback_function, flags);

参数说明：

• timer_ptr：指向 struct timer_list 的指针
• callback_function：回调函数，签名为 void (*)(struct timer_list *)
• flags：定时器标志位，常用值包括 0（默认）、TIMER_IRQSAFE（在中断上下文安全执行）、TIMER_DEFERRABLE（可延迟触发，用于节能）

使用示例（定时器作为设备结构体成员）：

#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/slab.h>

struct my_device {
    int id;
    struct timer_list timer;
};

static void my_dev_timer_callback(struct timer_list *t)
{
    struct my_device *dev = from_timer(dev, t, timer);
    pr_info("Device %d timer expired\n", dev->id);
}

static int __init my_init(void)
{
    struct my_device *dev;

    dev = kzalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL);
    if (!dev)
        return -ENOMEM;

    dev->id = 42;

    /* 动态初始化定时器 */
    timer_setup(&dev->timer, my_dev_timer_callback, 0);

    /* 启动定时器：2 秒后到期 */
    mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(2000));

    return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
    /* 清理工作略 */
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

4.4 静态初始化 vs 动态初始化对比

对比维度	静态初始化（DEFINE_TIMER）	动态初始化（timer_setup）
分配时机	编译时，全局/静态分配	运行时，堆/栈/结构体成员
使用场景	模块级全局定时器、驱动单例	每设备定时器、动态创建/销毁
内存位置	.data 或 .bss 段	堆或栈
初始化方式	宏展开为结构体赋值	宏调用，内部设置 function/flags
标志位设置	需手动修改 .flags	通过第三个参数直接传入
灵活性	较低，编译时固定	高，可在运行时决定标志位

4.5 初始化流程与生命周期

下图展示了定时器从初始化到销毁的完整生命周期，重点突出两种初始化方式的入口差异：

4.6 初始化后的关键操作

无论采用哪种初始化方式，定时器初始化完成后都需要执行以下操作之一才能生效：

• add_timer(struct timer_list *timer)：将定时器加入内核链表，使用初始化时设置的 expires 值。如果 expires 未设置（值为 0），定时器会立即到期。
• mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)：修改定时器的到期时间并激活（如果尚未激活则激活）。这是最常用的启动方式，因为它同时完成了设置到期时间和激活两个操作。

4.7 标志位（flags）详解

timer_setup 的第三个参数和 DEFINE_TIMER 的 .flags 字段支持以下标志位组合：

标志位	值	含义	使用场景
0	0x00000000	默认行为，回调在软中断上下文执行	大多数驱动场景
TIMER_IRQSAFE	0x00000001	回调可在硬中断上下文安全执行，内核不会为其启用软中断锁	高精度定时器、中断处理中触发的定时器
TIMER_DEFERRABLE	0x00000002	定时器可延迟触发，系统空闲时不会为了该定时器而唤醒 CPU	非关键性周期任务，用于省电
TIMER_PINNED	0x00000004	定时器绑定到当前 CPU，不会迁移到其他核心	CPU 亲和性要求高的场景