Linux时间子系统之二：表示时间的单位和结构
人们习惯用于表示时间的方法是：年、月、日、时、分、秒、毫秒、星期等等，但是在内核中，为了软件逻辑和代码的方便性，它使用了一些不同的时间表示方法，并为这些表示方法定义了相应的变量和数据结构，本节的内容就是阐述这些表示方法的意义和区别。
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1. jiffies
内核用jiffies变量记录系统启动以来经过的时钟滴答数，它的声明如下：
[cpp]view plaincopy
externu64__jiffy_datajiffies_64;
externunsignedlongvolatile__jiffy_datajiffies;
可见，在32位的系统上，jiffies是一个32位的无符号数，系统每过1/hz秒，jiffies的值就会加1，最终该变量可能会溢出，所以内核同时又定义了一个64位的变量jiffies_64，链接的脚本保证jiffies变量和jiffies_64变量的内存地址是相同的，通常，我们可以直接访问jiffies变量，但是要获得jiffies_64变量，必须通过辅助函数get_jiffies_64来实现。jiffies是内核的低精度定时器的计时单位，所以内核配置的hz数决定了低精度定时器的精度，如果hz数被设定为1000，那么，低精度定时器（timer_list）的精度就是1ms=1/1000秒。因为jiffies变量可能存在溢出的问题，所以在用基于jiffies进行比较时，应该使用以下辅助宏来实现：
[cpp]view plaincopy
time_after(a,b)
time_before(a,b)
time_after_eq(a,b)
time_before_eq(a,b)
time_in_range(a,b,c)
同时，内核还提供了一些辅助函数用于jiffies和毫秒以及纳秒之间的转换：
[cpp]view plaincopy
unsignedintjiffies_to_msecs(constunsignedlongj);
unsignedintjiffies_to_usecs(constunsignedlongj);
unsignedlongmsecs_to_jiffies(constunsignedintm);
unsignedlongusecs_to_jiffies(constunsignedintu);
2. struct timeval
timeval由秒和微秒组成，它的定义如下：
[cpp]view plaincopy
structtimeval{
__kernel_time_ttv_sec;/*seconds*/
__kernel_suseconds_ttv_usec;/*microseconds*/
};
__kernel_time_t 和__kernel_suseconds_t 实际上都是long型的整数。gettimeofday和settimeofday使用timeval作为时间单位。
3. struct timespec
timespec由秒和纳秒组成，它的定义如下：
[cpp]view plaincopy
structtimespec{
__kernel_time_ttv_sec;/*seconds*/
longtv_nsec;/*nanoseconds*/
};
同样地，内核也提供了一些辅助函数用于jiffies、timeval、timespec之间的转换：
[cpp]view plaincopy
staticinlineinttimespec_equal(conststructtimespec*a,conststructtimespec*b);
staticinlineinttimespec_compare(conststructtimespec*lhs,conststructtimespec*rhs);
staticinlineinttimeval_compare(conststructtimeval*lhs,conststructtimeval*rhs);
externunsignedlongmktime(constunsignedintyear,constunsignedintmon,
constunsignedintday,constunsignedinthour,
constunsignedintmin,constunsignedintsec);
externvoidset_normalized_timespec(structtimespec*ts,time_tsec,s64nsec);
staticinlinestructtimespectimespec_add(structtimespeclhs,structtimespecrhs);
staticinlinestructtimespectimespec_sub(structtimespeclhs,structtimespecrhs);
staticinlines64timespec_to_ns(conststructtimespec*ts);
staticinlines64timeval_to_ns(conststructtimeval*tv);
externstructtimespecns_to_timespec(consts64nsec);
externstructtimevalns_to_timeval(consts64nsec);
static__always_inlinevoidtimespec_add_ns(structtimespec*a,u64ns);
[cpp]view plaincopy
unsignedlongtimespec_to_jiffies(conststructtimespec*value);
voidjiffies_to_timespec(constunsignedlongjiffies,structtimespec*value);
unsignedlongtimeval_to_jiffies(conststructtimeval*value);
voidjiffies_to_timeval(constunsignedlongjiffies,structtimeval*value);
timekeeper中的xtime字段用timespec作为时间单位。
4. struct ktime
linux的通用时间架构用ktime来表示时间，为了兼容32位和64位以及big-little endian系统，ktime结构被定义如下：
[cpp]view plaincopy
unionktime{
s64tv64;
#ifbits_per_long!=64&&!defined(config_ktime_scalar)
struct{
#ifdef__big_endian
s32sec,nsec;
#else
s32nsec,sec;
#endif
}tv;
#endif
};
64位的系统可以直接访问tv64字段，单位是纳秒，32位的系统则被拆分为两个字段：sec和nsec，并且照顾了大小端的不同。高精度定时器通常用ktime作为计时单位。下面是一些辅助函数用于计算和转换：
[cpp]view plaincopy
ktime_tktime_set(constlongsecs,constunsignedlongnsecs);
ktime_tktime_sub(constktime_tlhs,constktime_trhs);
ktime_tktime_add(constktime_tadd1,constktime_tadd2);
ktime_tktime_add_ns(constktime_tkt,u64nsec);
ktime_tktime_sub_ns(constktime_tkt,u64nsec);
ktime_ttimespec_to_ktime(conststructtimespects);
ktime_ttimeval_to_ktime(conststructtimevaltv);
structtimespecktime_to_timespec(constktime_tkt);
structtimevalktime_to_timeval(constktime_tkt);
s64ktime_to_ns(constktime_tkt);
intktime_equal(constktime_tcmp1,constktime_tcmp2);
s64ktime_to_us(constktime_tkt);
s64ktime_to_ms(constktime_tkt);
ktime_tns_to_ktime(u64ns);
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[cpp]view plaincopy
externu64__jiffy_datajiffies_64;
externunsignedlongvolatile__jiffy_datajiffies;
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[cpp]view plaincopy
time_after(a,b)
time_before(a,b)
time_after_eq(a,b)
time_before_eq(a,b)
time_in_range(a,b,c)
同时，内核还提供了一些辅助函数用于jiffies和毫秒以及纳秒之间的转换：
[cpp]view plaincopy
unsignedintjiffies_to_msecs(constunsignedlongj);
unsignedintjiffies_to_usecs(constunsignedlongj);
unsignedlongmsecs_to_jiffies(constunsignedintm);
unsignedlongusecs_to_jiffies(constunsignedintu);
2. struct timeval
timeval由秒和微秒组成，它的定义如下：
[cpp]view plaincopy
structtimeval{
__kernel_time_ttv_sec;/*seconds*/
__kernel_suseconds_ttv_usec;/*microseconds*/
};
__kernel_time_t 和__kernel_suseconds_t 实际上都是long型的整数。gettimeofday和settimeofday使用timeval作为时间单位。
3. struct timespec
timespec由秒和纳秒组成，它的定义如下：
[cpp]view plaincopy
structtimespec{
__kernel_time_ttv_sec;/*seconds*/
longtv_nsec;/*nanoseconds*/
};
同样地，内核也提供了一些辅助函数用于jiffies、timeval、timespec之间的转换：
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staticinlineinttimespec_equal(conststructtimespec*a,conststructtimespec*b);
staticinlineinttimespec_compare(conststructtimespec*lhs,conststructtimespec*rhs);
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constunsignedintday,constunsignedinthour,
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staticinlines64timespec_to_ns(conststructtimespec*ts);
staticinlines64timeval_to_ns(conststructtimeval*tv);
externstructtimespecns_to_timespec(consts64nsec);
externstructtimevalns_to_timeval(consts64nsec);
static__always_inlinevoidtimespec_add_ns(structtimespec*a,u64ns);
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voidjiffies_to_timespec(constunsignedlongjiffies,structtimespec*value);
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unionktime{
s64tv64;
#ifbits_per_long!=64&&!defined(config_ktime_scalar)
struct{
#ifdef__big_endian
s32sec,nsec;
#else
s32nsec,sec;
#endif
}tv;
#endif
};
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ktime_tktime_add_ns(constktime_tkt,u64nsec);
ktime_tktime_sub_ns(constktime_tkt,u64nsec);
ktime_ttimespec_to_ktime(conststructtimespects);
ktime_ttimeval_to_ktime(conststructtimevaltv);
structtimespecktime_to_timespec(constktime_tkt);
structtimevalktime_to_timeval(constktime_tkt);
s64ktime_to_ns(constktime_tkt);
intktime_equal(constktime_tcmp1,constktime_tcmp2);
s64ktime_to_us(constktime_tkt);
s64ktime_to_ms(constktime_tkt);
ktime_tns_to_ktime(u64ns);
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