Linux時鐘精度：毫秒？微妙？納秒？

最近被核心時鐘精度弄的很是鬱悶。具體情況如下：

掃盲：1秒=1000毫秒=1000000微妙=1000000000納秒

首先：linux有一個很重要的概念——節拍，它的單位是（次/秒）。2.6核心這個值是1000，系統中用一個HZ的巨集表徵這個值。同時有全域性的jiffies變數，表徵從開機以來經過的節拍次數（這裡面還有故事，後面說，先記住這個）。當然還有wall_jiffies的牆上jiffies來表示從 07-01-1970 到現在的節拍數。每個節拍裡面執行一次時鐘中斷。就是說，它的精度是毫秒。

接著：核心中還有一個變數xtime表徵系統的實際時間（牆上時間），定義如下。其中xtime.tv_sec以秒為單位，存放從Unix祖宗定的紀元時間（19700701）到現在的秒數。xtime.tv_nsec以納秒為單位，記錄從上一秒開始經過的納秒數。就是說，它的精度是納秒。

struct timespec xtime;

struct timespec{
    time_t tv_sec;   //秒
    long tv_nsec;    //納秒
};

最後：linux提供一個gettimeofday的系統呼叫，它會返回一個timeval的結構體，定義如下。解釋同上，tv_sec代表牆上時間的秒，tv_usec表示從上一秒到現在經過的微秒數。就是說，它的精度是微妙。

struct timeval{
    long tv_sec;     //秒
    long tv_usec;    //微妙
};

精彩的來了：
1. 核心中的xtime會在每個時鐘中斷的時候被更新一次，也就是每個節拍更新一次。你妹！！每毫秒更新一次怎麼能冒出來納秒的精度？？而且，核心還有可能丟失節拍。怎麼能是納秒？？
2. 各種書上說，gettimeofday系統呼叫是讀取的xtime的值。日，為啥讀出來之後精度丟了？變成微妙了？

尋尋覓覓終於理清了故事：
針對問題1：在linux啟動的時候，一個節拍的時間長度還會以納秒為單位初始化到tick_nsec中，初始化值為999848ns，坑爹啊！不到一毫秒！節拍大約為1000.15Hz。靠！實際的節拍竟然不是準確的1000！所以在每個時鐘中斷通過wall_jiffies去更新xtime的時候得到的就是一個以納秒為最小單位的的值。所以！xtime的粒度應該是不到1毫秒，也就是精度是不到1毫秒。

針對問題2：gettimeday系統呼叫的讀xtime程式碼部分如下：

do{
    unsigned long lost;
    seq = read_seqbegin(&xtime_lock);

    usec = timer->get_offset();    //在計時器中取從上一次時鐘中斷到現在的微秒數
    lost = jiffies - wall_jiffies;
    if(lost)
        usec += lost*(1000000/HZ); //HZ是節拍巨集，值1000
    sec = xtime.tv_sec;
    usec += (xtime.tv_nsec/1000);  //由納秒轉為微妙

}while(read_seqretry(&xtime_lock, seq))

while部分使用了seg鎖，只看中間的就好了。加了註釋之後就很清晰了。由於節拍可能會丟失，所以lost是丟失的節拍數（不會很多）。至於計時器就比較麻煩了，timer可能有下面四種情況。

a. 如果cur_timer指向timer_hpet物件，該方法使用HPET定時器——Inter與Microsoft開發的高精度定時器頻率至少10MHz，也就是說此時可提供真正的微妙級精度。
b. 如果cur_timer指向timer_pmtmr物件，該方法使用ACPI PMT計時器（電源管理定時器）平率大約3.58MHz，也就是說也可以提供真正的微妙級精度。
c. 如果cur_timer指向timer_tsc物件，該方法使用時間戳計數器，內建在所有8086處理器，每個CPU時鐘，計數器增加一次，頻率就是CPU頻率，所以timer精度最高。完全可以勝任微妙級的精度。
d. 如果cur_timer指向timer_pit物件，該方法使用PIT計數器，也即是最開始提到的節拍計數，頻率大概是1000Hz，此時顯然不能提供精度達到微妙的時間。所以只有這種情況是假毫秒精度！

綜上：如果使用gettimeofday系統呼叫，只要不要使用節拍計數器就可以保證達到微妙精度的時間（刨除程式上下文時間誤差）。至於網上說的可以拿到納秒精度的時間，看起來都是錯的。除非通過修改核心，使用時間戳計數器實現。Over！


最後最後說一個事情：jiffies的定義的是4位元組，你可能猜想它初始值是0。實際上，事實並非如此！linux中jiffies被初始化為0xfffb6c20,它是一個32位有符號數，正好等於-300 000。因此，計數器會在系統啟動5分鐘內溢位。這是為了使對jiffies溢位處理有缺陷的核心程式碼在開發階段被發現，避免此類問題出現在穩定版本中。

參考《深入理解linux核心》

轉載：http://www.cnblogs.com/chezxiaoqiang/archive/2012/03/23/2674386.html  向作者致敬！