Linux時(shí)間子系統(tǒng)之二：表示時(shí)間的單位和結(jié)構(gòu)

人們習(xí)慣用于表示時(shí)間的方法是：年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒、星期等等，但是在內(nèi)核中，為了軟件邏輯和代碼的方便性，它使用了一些不同的時(shí)間表示方法，并為這些表示方法定義了相應(yīng)的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本節(jié)的內(nèi)容就是闡述這些表示方法的意義和區(qū)別。

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1. ?jiffies

內(nèi)核用jiffies變量記錄系統(tǒng)啟動(dòng)以來經(jīng)過的時(shí)鐘滴答數(shù)，它的聲明如下：

[cpp]?view plain?copy

extern?u64?__jiffy_data?jiffies_64;??

extern?unsigned?long?volatile?__jiffy_data?jiffies;??

可見，在32位的系統(tǒng)上，jiffies是一個(gè)32位的無符號(hào)數(shù)，系統(tǒng)每過1/HZ秒，jiffies的值就會(huì)加1，最終該變量可能會(huì)溢出，所以內(nèi)核同時(shí)又定義了一個(gè)64位的變量jiffies_64，鏈接的腳本保證jiffies變量和jiffies_64變量的內(nèi)存地址是相同的，通常，我們可以直接訪問jiffies變量，但是要獲得jiffies_64變量，必須通過輔助函數(shù)get_jiffies_64來實(shí)現(xiàn)。jiffies是內(nèi)核的低精度定時(shí)器的計(jì)時(shí)單位，所以內(nèi)核配置的HZ數(shù)決定了低精度定時(shí)器的精度，如果HZ數(shù)被設(shè)定為1000，那么，低精度定時(shí)器（timer_list）的精度就是1ms=1/1000秒。因?yàn)閖iffies變量可能存在溢出的問題，所以在用基于jiffies進(jìn)行比較時(shí)，應(yīng)該使用以下輔助宏來實(shí)現(xiàn)：

[cpp]?view plain?copy

time_after(a,b)??

time_before(a,b)??

time_after_eq(a,b)??

time_before_eq(a,b)??

time_in_range(a,b,c)??

同時(shí)，內(nèi)核還提供了一些輔助函數(shù)用于jiffies和毫秒以及納秒之間的轉(zhuǎn)換：

[cpp]?view plain?copy

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);??

2. ?struct timeval

timeval由秒和微秒組成，它的定義如下：

[cpp]?view plain?copy

struct?timeval?{??

__kernel_time_t?????tv_sec;?????/*?seconds?*/??

__kernel_suseconds_t????tv_usec;????/*?microseconds?*/??

};??

__kernel_time_t 和__kernel_suseconds_t 實(shí)際上都是long型的整數(shù)。gettimeofday和settimeofday使用timeval作為時(shí)間單位。

3. ?struct timespec

timespec由秒和納秒組成，它的定義如下：

[cpp]?view plain?copy

struct?timespec?{??

__kernel_time_t?tv_sec;?????????/*?seconds?*/??

long????????tv_nsec;????????/*?nanoseconds?*/??

};??

同樣地，內(nèi)核也提供了一些輔助函數(shù)用于jiffies、timeval、timespec之間的轉(zhuǎn)換：

[cpp]?view plain?copy

static?inline?int?timespec_equal(const?struct?timespec?*a,?const?struct?timespec?*b);??

static?inline?int?timespec_compare(const?struct?timespec?*lhs,?const?struct?timespec?*rhs);??

static?inline?int?timeval_compare(const?struct?timeval?*lhs,?const?struct?timeval?*rhs);??

extern?unsigned?long?mktime(const?unsigned?int?year,?const?unsigned?int?mon,??

const?unsigned?int?day,?const?unsigned?int?hour,??

const?unsigned?int?min,?const?unsigned?int?sec);??

extern?void?set_normalized_timespec(struct?timespec?*ts,?time_t?sec,?s64?nsec);??

static?inline?struct?timespec?timespec_add(struct?timespec?lhs,?struct?timespec?rhs);??

static?inline?struct?timespec?timespec_sub(struct?timespec?lhs,?struct?timespec?rhs);??

static?inline?s64?timespec_to_ns(const?struct?timespec?*ts);??

static?inline?s64?timeval_to_ns(const?struct?timeval?*tv);??

extern?struct?timespec?ns_to_timespec(const?s64?nsec);??

extern?struct?timeval?ns_to_timeval(const?s64?nsec);??

static?__always_inline?void?timespec_add_ns(struct?timespec?*a,?u64?ns);??

[cpp]?view plain?copy

unsigned?long?timespec_to_jiffies(const?struct?timespec?*value);??

void?jiffies_to_timespec(const?unsigned?long?jiffies,?struct?timespec?*value);??

unsigned?long?timeval_to_jiffies(const?struct?timeval?*value);??

void?jiffies_to_timeval(const?unsigned?long?jiffies,?struct?timeval?*value);??

timekeeper中的xtime字段用timespec作為時(shí)間單位。

4. ?struct ktime

linux的通用時(shí)間架構(gòu)用ktime來表示時(shí)間，為了兼容32位和64位以及big-little endian系統(tǒng)，ktime結(jié)構(gòu)被定義如下：

[cpp]?view plain?copy

union?ktime?{??

s64?tv64;??

#if?BITS_PER_LONG?!=?64?&&?!defined(CONFIG_KTIME_SCALAR)??

struct?{??

#?ifdef?__BIG_ENDIAN??

s32?sec,?nsec;??

#?else??

s32?nsec,?sec;??

#?endif??

}?tv;??

#endif??

};??

64位的系統(tǒng)可以直接訪問tv64字段，單位是納秒，32位的系統(tǒng)則被拆分為兩個(gè)字段：sec和nsec，并且照顧了大小端的不同。高精度定時(shí)器通常用ktime作為計(jì)時(shí)單位。下面是一些輔助函數(shù)用于計(jì)算和轉(zhuǎn)換：

[cpp]?view plain?copy

ktime_t?ktime_set(const?long?secs,?const?unsigned?long?nsecs);???

ktime_t?ktime_sub(const?ktime_t?lhs,?const?ktime_t?rhs);???

ktime_t?ktime_add(const?ktime_t?add1,?const?ktime_t?add2);???

ktime_t?ktime_add_ns(const?ktime_t?kt,?u64?nsec);???

ktime_t?ktime_sub_ns(const?ktime_t?kt,?u64?nsec);???

ktime_t?timespec_to_ktime(const?struct?timespec?ts);???

ktime_t?timeval_to_ktime(const?struct?timeval?tv);???

struct?timespec?ktime_to_timespec(const?ktime_t?kt);???

struct?timeval?ktime_to_timeval(const?ktime_t?kt);???

s64?ktime_to_ns(const?ktime_t?kt);???

int?ktime_equal(const?ktime_t?cmp1,?const?ktime_t?cmp2);???

s64?ktime_to_us(const?ktime_t?kt);???

s64?ktime_to_ms(const?ktime_t?kt);???

ktime_t?ns_to_ktime(u64?ns); ?

?