jiffies

HZ
Linux核心每隔固定周期会发出timer interrupt (IRQ 0),HZ是用来定义每一秒有几次timer interrupts。举例来说,HZ为1000,代表每秒有1000次timer interrupts。 HZ可在编译核心时设定,如下所示(以核心版本2.6.20-15为例):
:~$ cd /usr/src/linux
:/usr/src/linux$ make menuconfig
Processor type and features —> Timer frequency (250 HZ) —>
Tick
Tick是HZ的倒数,意即timer interrupt每发生一次中断的时间。如HZ为250时,tick为4毫秒(millisecond)。



Jiffies
Jiffies为Linux核心变数(32位元变数,unsigned long),它被用来纪录系统自开几以来,已经过多少的tick。每发生一次timer interrupt,Jiffies变数会被加一。值得注意的是,Jiffies于系统开机时,并非初始化成零,而是被设为-300*HZ (arch/i386/kernel/time.c),即代表系统于开机五分钟后,jiffies便会溢位。那溢位怎么办?事实上,Linux核心定义几 个macro(timer_after、time_after_eq、time_before与time_before_eq),即便是溢位,也能藉由这 几个macro正确地取得jiffies的内容。



另外,80x86架构定义一个与jiffies相关的变数jiffies_64 ,此变数64位元,要等到此变数溢位可能要好几百万年。因此要等到溢位这刻发生应该很难吧。那如何经由jiffies_64取得jiffies资讯呢?事 实上,jiffies被对应至jiffies_64最低的32位元。因此,经由jiffies_64可以完全不理会溢位的问题便能取得jiffies。
HZ的设定:
#make menuconfig
processor type and features—>Timer frequency (250 HZ)—>
HZ的不同值会影响timer (节拍)中断的频率
2.2 jiffies及其溢出
全局变量jiffies取值为自操作系统启动以来的时钟滴答的数目,在头文 件<linux/sched.h>中定义,数据类型为unsigned long volatile (32位无符号长整型)。关于 jiffies为什么要采用volatile来限定,可参考《关于volatile和jiffies.txt》。
jiffies转换为秒可采用 公式:(jiffies/HZ)计算,将秒转换为jiffies可采用公式:(seconds*HZ)计算。
当时钟中断发生时,jiffies 值就加1。因此连续累加一年又四个多月后就会溢出(假定HZ=100,1个jiffies等于1/100秒,jiffies可记录的最大秒数为 (2^32 -1)/100=42949672.95秒,约合497天或1.38年),即当取值到达最大值时继续加1,就变为了0。
在 Vxworks操作系统中,定义HZ的值为60,因此连续累加两年又三个多月后也将溢出(jiffies可记录的最大秒数为约合2.27年)。如果在 Vxworks操作系统上的应用程序对jiffies的溢出没有加以充分考虑,那么在连续运行两年又三个多月后,这些应用程序还能够稳定运行吗?
下 面我们来考虑jiffies的溢出,我们将从以下几个方面来阐述:
. 无符号整型溢出的具体过程
. jiffies溢出造成程序逻辑 出错
. Linux内核如何来防止jiffies溢出
. time_after等比较时间先/后的宏背后的原理
. 代码中 使用time_after等比较时间先/后的宏




  1. 无符号整型溢出的具体过程
    我们首先来看看无符号长整型(unsigned long)溢出的具体过程。实际上,无符号整型的溢出过 程都很类似。为了更具体地描述无符号长整型溢出的过程,我们以8位无符号整型为例来加以说明。
    8位无符号整型从0开始持续增长,当增长到最大值 255时,继续加1将变为0,然后该过程周而复始:
    0, 1, 2, …, 253, 254, 255,
    0, 1, 2, …, 253, 254, 255,


    xtime是从cmos电路中取得的时间,一般是从某一历史时刻开始到现在的时间,也就是为了取得我们操作系统上显示的日期。这个就是所谓的“实时时钟”,它的精确度是微秒。



jiffies是记录着从电脑开机到现在总共的时钟中断次数。在linux内核中jiffies远比xtime重要,那么他取决于系统的频率,单位是Hz,这里不得不说一下频率的单位,1MHz=1000,000Hz(6个零),1KHz=1000Hz(3个零).
频 率是周期的倒数,一般是一秒钟中断产生的次数,所以,假如我们需要知道系统的精确的时间单位时,需要换算了,假如我们系统的频率是200Mhz,那么一次 中断的间隔是1秒/200,000,000Hz=0.000 000 005秒看一下上面我们的时间单位,对照一下小数点后面是9个零,所以理论上我们系统的精确度是5纳秒。LINUX系统时钟频率是一个常数HZ来决定的, 通常HZ=100,那么他的精度度就是10ms(毫秒)。也就是说每10ms一次中断。所以一般来说Linux的精确度是10毫秒。



硬件给内核提供一个系统定时器用以计算和管理时间,内核通过编程预设系统定时器的频率,即节拍率(tick rate),每一个周期称作一个tick(节拍)。Linux内核从2.5版内核开始把频率从100调高到1000,时间单位 jiffies 有多长?



“在 Linux 2.6 中,系统时钟每 1 毫秒中断一次(时钟频率,用 HZ 宏表示,定义为 1000,即每秒中断 1000 次,2.4 中定义为 100,很多应用程序也仍然沿用 100 的时钟频率),这个时间单位称为一个 jiffie。”
“jiffies 与绝对时间之间的转换, 用两个宏来完成两种时间单位的互换:JIFFIES_TO_NS()、NS_TO_JIFFIES()”
(当然带来了很多优点,也有一些缺点).



硬件给内核提供一个系统定时器用以计算和管理时间,内核通过编程预设系统定时器的频率,即节拍率(tick rate),每一个周期称作一个tick(节拍)。Linux内核从2.5版内核开始把频率从100调高到1000(当然带来了很多优点,也有一些缺点).
jiffies是内核中的一个全局变量,用来记录自系统启动一来产生的节拍数。譬如,如果计算系统运行了多长时间,可以用 jiffies/tick rate 来计算。jiffies定义在文件<linux/jiffies.h>中:
extern unsigned long volatile jiffies;
内核提供了四个宏来比较节拍计数,这些宏定义在文件<linux/jiffies.h>中:



time_before(unknown, known)
time_after(unknown, known)
time_before_eq(unknown, known)
time_after_eq(unknown, known)


比较的时候用这些宏可以避免jiffies由于过大造成的回绕问题。


Category linux