Linux时钟子系统分析

梦开始的地方

X86硬件时钟

首先我们需要了解一下，目前有哪些时钟
PIT
pit是最古老的pc时钟设备。Intel 8253/8254 PIT是具有3个16位计数器通道的可编程计数/定时器芯片，晶振频率为1.193182MHz。
HPET
PET(High Precision Event Timer)俗称高精度定时器（到时了产生中断），最低时钟频率为10MHZ，而且定义了比较严格的精确度。HPET设计时是为了替代PIT和RTC，但是现在PIT和RTC在一些系统中还是有应用的价值。
Apic timer
多处理器系统中，每个处理器都有一个Local APIC。现在Local APIC已经集成到处理器芯片中。Local APIC带有一个timer。它的频率与内存总线频率有关，所以软件不能直接获取它的频率值。一般在启动时通过PIT/Hpet来计算校准Local APIC的频率。
CMOS RTC
CMOS RTC需要电池供电的计时芯片，当操作系统关机后，RTC可以继续计数。RTC提供了year/month/day hour:minute:second的时间格式，精度为秒。它也可以产生频率为2Hz~8192Hz频率的周期性时钟中断。另外提供了两种中断：Update Interrupt和alarm Interrupt，系统可以选择是否使能。Update Interrupt每秒产生一次，Alarm Interrupt在RTC时间到了设置的时间时产生。
TSC
TSC是64bit的cycle计数器，根据CPU的时钟振荡器产生的周期计数。TSC不能产生中断。软件可以通过指令（rdtsc/rdtscp）来获取TSC计数值。跟APIC timer一样，软件不能直接获取TSC的输入频率，只有通过使用PIT/CMOS timer 来计算校准TSC的频率。
ACPI Timer
ACPI timer又称Power management timer（PM timer），是ACPI提供的定时器。它有一个以3.57945MHz频率（PIT时钟频率的3倍）向上计数的24位的计数寄存器，但没有计数设置寄存器。每当计数达到最大值时，计数又从0开始递增计数。

LINUX时钟体系结构

clock source：时钟源，硬件设备的抽象
Clock events：时钟事件信息，包括硬件中断发生要执行哪些操作
Timekeeper：Timekeeping子系统负责更新xtime调整误差，及提供get/settimeofday接口
TickDevices： 对clock events设备的进一层封装，用于代替时钟滴答中断，给内核提供 tick 事件

LINUX时钟和时间

墙上时间和系统时间
墙上时间（wall-clock）：从00：00：00GMT,1 january 1970开始的时间
系统时间（System time）：系统启动后经过的时间。可以用jiffies来换算
时钟中断：
（1）更新系统启动后的时间流逝
Linux中用全局变量jiffies表示系统自启动以来时钟滴答数目（中断个数）
（2）更新墙上时间（wall-clock）
Linux内部用xtime来表示，从某一历史时刻开始到现在的时间。Update_wall_time()
（3）计算进程的时间片
（4）更新资源计数
（5）引发软件定时器

LINUX时钟初始化顺序

APIC时钟校验流程

虚机系统中lapic时间校验失败分析

先使用被htep校验过频率的tsc计算lapic的频率
使用lapic频率设置period中断，检测lapic发送10次中断前后的jiffies值大小
目前jiffies普遍偏大，在jiffies时钟源不变的情况下，说明设置apic中断和接收中断并处理花费的时间较多
根因
在hypervisor（HAXM/KVM）中耗时较多，现实时间流逝较多导致guest认为10次中断到来的时间超过应该增加的jiffies数量，故认为始终不可信而放弃使用