Linux時間子系統之時間的表示

在linux核心中，為了相容原有的**，或者符合某種規範，並且還要滿足當前精度日益提高的要求，實現了多種與時間相關但用於不同目的的資料結構：

核心用jiffies_64全域性變數記錄系統自啟動以來經過了多少次tick。它的宣告如下（**位於kernel/time/timer.c中）：

__visible u64 jiffies_64 __cacheline_aligned_in_smp = initial_jiffies;
export_symbol(jiffies_64);

可以看出來jiffies_64被定義成了64位無符號整數。但是，由於歷史的原因，核心源**中還包含了另乙個叫做jiffies的變數。jiffies的引用（**位於include/linux/jiffies.h中）申明為：

extern u64 __cacheline_aligned_in_smp jiffies_64;

extern unsigned long volatile __cacheline_aligned_in_smp __jiffy_arch_data jiffies;

因此，jiffies變數是乙個unsigned long型別的全域性變數，如果在32位處理器上只有4個位元組長（32位）。但是，如果在64位處理器上也有8個位元組長（64位），這時候jiffies和jiffies_64兩個全域性變數是完全等價的。

但是翻遍所有**你也找不到全域性變數jiffies的定義，最終在核心的鏈結指令碼中（對於arm64架構來說指令碼位於arch/arm64/kernel/vmlinux.lds.s中）找到了下面這行：

jiffies = jiffies_64;

一般情況下，無論在32位或64位機器上，我們都可以直接訪問jiffies全域性變數，但如果要獲得jiffies_64全域性變數，則需要呼叫get_jiffies_64函式。對於64位系統來說，兩者一樣，而且jiffies被申明成了volatile的且是cache對齊的，因此只需要直接返回jiffies就好了：

static inline u64 get_jiffies_64(void)

而對於32位系統來說，由於其對64位讀寫不是原子的，所以還需要持有jiffies_lock讀順序鎖：

u64 get_jiffies_64(void)
while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));
return ret;
}

jiffies基本上是每一次tick到來都會加1的，而tick的週期hz是由核心編譯選項配置的。在32位系統中，我們假設hz被設定成了250，那麼每個tick的週期就是4毫秒，那麼該計數器將在不到200天後達到最大值後溢位。如果hz被設定的更高，那這個溢位時間會更短。當然，如果在64位系統中，則完全不用考慮這個問題。因此，在用jiffies進行時間比較的時候，需要用系統已經定義好的幾個巨集：

time_after(a,b)
time_before(a,b)
time_after_eq(a,b)
time_before_eq(a,b)
time_in_range_open(a,b,c)
time_is_before_jiffies(a)
time_is_after_jiffies(a)
time_is_before_eq_jiffies(a)
time_is_after_eq_jiffies(a)

為了保險起見，核心也提供了對應的64位版本。這些巨集可以有效的解決迴繞問題，不過也不是無限制的。具體是怎麼做到的呢？我們挑乙個time_after巨集來看看就知道了：

#define time_after(a,b)		\
(typecheck(unsigned long, a) && \
typecheck(unsigned long, b) && \
((long)((b) - (a)) < 0))

先是對兩個變數做型別檢查，必須都是unsigned long型的。最重要的是後面，先將兩個無符號長整形相減，然後將他們變成有符號的長整型，再判斷其是否為負數，也就是32位的最高位是否為1。

為什麼這樣可以部分解決所謂迴繞的問題呢？我們可以舉個例子，為了簡單起見，以8位無符號整數為例，其取值範圍是0到255（0xff）。假設當前時間是250，那麼過5個tick之後，就是255了，已經到達了能表達的最大值。這時，如果再過乙個tick，也就是6個tick之後，就將會溢位變成0了。此時，如果簡單的通過對兩個值的比較來判斷哪個時間再後面的話，顯然就要出錯了，因為過了6個tick之後的時間是0，反而小於當前的時間，這個問題就是所謂的迴繞。但是，如果我們先將這兩個數相減，也就是0-250（0-0xfa）,也會產生溢位，最終得到的數剛好是6。但這也是有限制的，兩個比較的時間之間的差值不能超過最大表示範圍的一半。假設現在的時間還是250，而過了128個tick之後，時間值將變成122，再將兩者相減的話就是122-250（0x86-0xfa），減出來的數字就是128了，此時轉成有符號數就變成負數了，結果就錯了。

另外，jiffies是每個tick更新一次的，而tick的週期又是編譯的時候定義好的，所以可以將jiffies的數值轉換成具體過了多少時間，反之亦然。因此，核心提供了如下轉換函式：

unsigned int jiffies_to_msecs(const unsigned long j);
unsigned int jiffies_to_usecs(const unsigned long j);
unsigned long msecs_to_jiffies(const unsigned int m);
unsigned long usecs_to_jiffies(const unsigned int u);

timespec由秒和納秒組成，其定義如下（**位於include/uapi/linux/time.h）：

struct timespec ;

timespec還有乙個64位的擴充套件結構，其定義如下（**位於include/linux/time64.h）：

typedef __s64 time64_t;
......
struct timespec64 ;

這個結構體中的變數定義和timespec一樣，只不過tv_sec的型別一定是64位無符號數。所以，也就是說在64位系統上，timespec和timespec64結構體是一模一樣的。

在linux的時間子系統內，一般使用ktime_t來表示時間，其定義如下（**位於include/linux/ktime.h）：

typedef s64	ktime_t;

就是乙個非常簡單的64位帶符號整數，表示的時間單位是納秒。

gettimeofday和settimeofday函式使用timeval作為時間單位：

struct timeval ;

所以，這個結構體其實和timespec結構體大同小異，tv_sec存的值是一樣的，而只需要將timespec中的tv_nsec除以1000就是timeval中的tv_usec。

Linux時間子系統之時間的表示

linux時間子系統（九）

linux時間子系統（六）

linux時間子系統（三）

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