linux内核时间管理(一) ：时间概念和延迟操作

内核中的时间概念

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

jiffies:
全局变量jiffies用于记录系统启动以来产生的节拍的总数。
启动时，jiffies初始化为0，此后每次时钟中断处理程序都会增加该变量的值。
linux提供了4个宏来比较节拍计数

#include <linux/jiffies.h>
#define time_after(a, b)       // b >  a
#define time_before(a, b)      // b <  a
#define time_after_eq(a, b)    // b >= a
#define time_before_eq(a, b)   // b <= a

时间获取

驱动程序中一般不需要知道墙钟时间(也就是年月日的时间)。但驱动可能需要处理绝对时间。
为此，内核提供了两个结构体，都定义在

   struct timeval { time_t tv_sec; /* seconds */ suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ };

(2)采用秒和纳秒值保存时间。

struct timespec { time_t  tv_sec; /* seconds */ long tv_nsec; /* nanoseconds */ };

(3)用do_gettimeofday()用于获得timeval

#include <linux/time.h>
void do_gettimeofday(struct timeval *tv);

(4) current_kernel_time() 用于获得timespec

#include <linux/time.h>
struct timespec current_kernel_time(void);

延迟操作

1.长延迟
(1)忙等待
如果对延迟的精确度要求不高，最简单的方法是实现一个监视jiffies计时器的循环。

unsigned long delay = jiffies + 5*HZ;
while(time_before(jiffies, delay))cpu_relax();

(2)超时

#include <linux/sched.h>
signed long schedule_timeout(signed long timeout);

timeout是用jiffies表示的延迟时间，正常值返回0.
schedule_timeout在使用前需要设置当前进程状态。

set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
schedule_timeout(2*HZ); /* 睡2秒 */

进程经过2秒后会被唤醒。
第一行调用set_current_state已设置当前进程状态，调度器只有在超时到期且其状态为TASK_RUNNING时才会运行这个进程。如果不希望被用户空间打断，可以将进程状态设置为TASK_UNINTERRUPTIBLE。

(3)让出处理器

while(time_before(jiffies, j1)) schedule();

在等待期间可以让出处理器，减少CPU的负担。

2.短延迟
对于那些最多几十个毫秒的延迟，不需要依赖时间滴答

#include <Linux/delay.h>
void ndelay(unsigned long nsecs); /*延迟纳秒 */
void udelay(unsigned long usecs); /*延迟微秒 */
void mdelay(unsigned long msecs); /*延迟毫秒 */

这三个延迟函数均是忙等待函数，在延迟过程中无法运行其他任务。它们的实现使用了软件循环。

实现毫秒级（或者更长）延迟还有一种方法，这种方法不涉及忙等待

#include <Linux/delay.h>
void msleep(unsigned int millisecs); /*休眠毫秒 */ void ssleep(unsigned int seconds); /*休眠秒 */
unsigned long msleep_interruptible(unsigned int millisecs);/*休眠毫秒，中断可以唤醒*/