使用mod_timer设置10ms定时器却触发20ms的问题排查

我尝试使用mod_timer设置10毫秒的定时器，但实际触发间隔始终为20毫秒，相关代码、输出及环境如下：

测试代码 #

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <linux/delay.h>

static struct timer_list my_timer;

void my_timer_callback(struct timer_list *timer)
{
    printk("my_timer_callback called (%lu).\n", jiffies);

    mod_timer(&my_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10));
}

static int __init my_init(void)
{
    printk("Timer module loaded\n");

    timer_setup(&my_timer, my_timer_callback, 0);

    mod_timer(&my_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10));

    return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
    printk("Timer module unloaded\n");

    del_timer(&my_timer);
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

MODULE_AUTHOR("developer@kk.com");
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_IMPORT_NS(VFS_internal_I_am_really_a_filesystem_and_am_NOT_a_driver);

dmesg输出 #

[   70.391971] my_timer_callback called (4294944328).
[   70.411947] my_timer_callback called (4294944330).
[   70.431944] my_timer_callback called (4294944332).
[   70.451961] my_timer_callback called (4294944334).

环境信息 #

• 内核版本：5.10
• 内核配置：CONFIG_HZ=100

问题原因 #

1. 内核节拍粒度限制：CONFIG_HZ=100表示系统时钟节拍频率为100Hz，每个jiffy（内核节拍单位）对应10ms。msecs_to_jiffies(10)会被转换为1个jiffy，这是传统定时器能支持的最小间隔。
2. 超时时间被内核调整：当定时器回调函数执行时，当前的jiffies可能已经超出了jiffies + 1的时间点（比如回调在当前节拍的后期执行），内核会自动将下一次超时时间调整到下一个节拍（即jiffies + 2），最终导致实际触发间隔变为20ms（2个jiffy）。

解决方案 #

方案1：使用高精度定时器（hrtimer） #

高精度定时器不受CONFIG_HZ限制，可提供微秒级精度，适合对定时精度要求高的场景。示例代码框架：

#include <linux/hrtimer.h>

static struct hrtimer my_hrtimer;
static ktime_t interval;

enum hrtimer_restart my_hrtimer_callback(struct hrtimer *timer)
{
    printk("hrtimer callback called\n");
    hrtimer_forward_now(timer, interval);
    return HRTIMER_RESTART;
}

static int __init my_init(void)
{
    interval = ktime_set(0, 10 * 1000 * 1000); // 10ms
    hrtimer_init(&my_hrtimer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
    my_hrtimer.function = my_hrtimer_callback;
    hrtimer_start(&my_hrtimer, interval, HRTIMER_MODE_REL);
    return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
    hrtimer_cancel(&my_hrtimer);
}

方案2：调整内核CONFIG_HZ值 #

将CONFIG_HZ设置为更高的值（如250对应4ms间隔、1000对应1ms间隔），可减小jiffy粒度，提升传统定时器的精度。但此操作需要重新编译内核，且会增加系统的时钟中断开销。

方案3：优化传统定时器的超时设置 #

使用round_jiffies_up()函数确保超时时间对齐到下一个完整的节拍，避免内核将超时时间向后调整：

mod_timer(&my_timer, round_jiffies_up(jiffies + msecs_to_jiffies(10)));

注意：此方法仅能在CONFIG_HZ允许的粒度内优化，无法突破10ms的最小间隔限制。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者dragonkyl