linux时钟系统概述
一、内核时间概念
1. 了解下linux系统中一些时间概念，在kernel/time/timekeeping.c中定义了多个时间。
RTC时间：在PC中，RTC时间又叫CMOS时间，通常由一个专门的计时硬件来实现，软件可以读取该硬件来获得年月日、时分秒等时间信息，而在嵌入式系统中，有使用专门的RTC芯片，也有直接把RTC集成到Soc芯片中，读取Soc中的某个寄存器即可获取当前时间信息。一般来说，RTC是一种可持续计时的，也就是说，不管系统是否上电，RTC中的时间信息都不会丢失，计时会一直持续进行，硬件上通常使用一个后备电池对RTC硬件进行单独的供电。因为RTC硬件的多样性，开发者需要为每种RTC时钟硬件提供相应的驱动程序，内核和用户空间通过驱动程序访问RTC硬件来获取或设置时间信息。
xtime：xtime和RTC时间一样，都是人们日常所使用的墙上时间，只是RTC时间的精度通常比较低，大多数情况下只能达到毫秒级别的精度，如果是使用外部的RTC芯片，访问速度也比较慢。为此，内核维护了另外一个wall time时间：xtime，取决于用于对xtime计时的clocksource，它的精度甚至可以达到纳秒级别，因为xtime实际上是一个内存中的变量，它的访问速度非常快，内核大部分时间都是使用xtime来获得当前时间信息。xtime记录的是自1970年1月1日24时到当前时刻所经历的纳秒数。
wall_to_monotonic：monotonic时间自系统开机后就一直单调地递增，不像xtime可以因用户调整时间而产生跳变。不过该时间不计算系统休眠的时间，也就是说，系统休眠时，monotonic时间不会递增。奇怪的是，内核并没有直接定义一个这样的变量来记录monotonic时间，而是定义了一个变量wall_to_monotonic，记录了墙上时间和monotonic时间之间的偏移量，当需要获得monotonic时间时，把xtime和wall_to_monotonic相加即可，因为默认启动时monotonic时间为0，所以实际上wall_to_monotonic的值是一个负数，它和xtime同一时间被初始化，请参考timekeeping_init函数。
total_sleep_time：系统休眠时间。获取自系统启动以来的时间（getboottime）就是wall_to_monotonic与total_sleep_time两时间想加。
raw_time：raw monotonic time，与monotonic时间类似，也是单调递增时间，唯一不同是：raw_time“更纯净”，它不受NTP时间调整的影响，它代表着系统独立时钟硬件对时间的统计。
网上总结的时间属性表格：
/* * The current time * wall_to_monotonic is what we need to add to xtime (or xtime corrected * for sub jiffie times) to get to monotonic time. Monotonic is pegged * at zero at system boot time, so wall_to_monotonic will be negative, * however, we will ALWAYS keep the tv_nsec part positive so we can use * the usual normalization. * * wall_to_monotonic is moved after resume from suspend for the monotonic * time not to jump. We need to add total_sleep_time to wall_to_monotonic * to get the real boot based time offset. * * - wall_to_monotonic is no longer the boot time, getboottime must be * used instead. */ static struct timespec xtime __attribute__ ((aligned (16))); static struct timespec wall_to_monotonic __attribute__ ((aligned (16))); static struct timespec total_sleep_time; /* * The raw monotonic time for the CLOCK_MONOTONIC_RAW posix clock. */ static struct timespec raw_time;
2. 系统启动时读取硬件时间，设置系统时间一般在rtc驱动加载后，调用rtc_hctosys()，文件在driver/rtc/hctosys.c中。其根据内核配置CONFIG_RTC_HCTOSYS来决定是否同步时间，并读取CONFIG_RTC_HCTOSYS_DEVICE（一般为rtc0）来获取RTC时间。
二、jiffies和Hz
全局变量jiffies用来记录自系统启动以来产生的节拍的总数。启动时，内核将该变量初始化为0，此后，每次时钟中断处理程序都会增加该变量的值。一秒内时钟中断的次数等于Hz，所以jiffies一秒内增加的值也就是Hz。系统运行时间以秒为单位，等于jiffies/Hz。
将以秒为单位的时间转化为jiffies：
seconds * Hz
将jiffies转化为以秒为单位的时间：
jiffies / Hz
相比之下，内核中将秒转换为jiffies用的多些。
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;
可以利用jiffies设置超时等，譬如：
unsigned long timeout = jiffies + tick_rate * 2; // 2秒钟后超时 if(time_before(jiffies, timeout){ // 还没有超时 } else{ // 已经超时 }
jiffies的回绕wrap around
当jiffies的值超过它的最大存放范围后就会发生溢出。对于32位无符号长整型，最大取值为(2^32)-1,即429496795。如果节拍计数达到了最大值后还要继续增加，它的值就会回绕到0。
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。
用户空间和HZ
问题提出：
在2.6以前的内核中，如果改变内核中的HZ值会给用户空间中某些程序造成异常结果。因为内核是以节拍数/秒的形式给用户空间导出这个值的，应用程序便依赖这个特定的HZ值。如果在内核中改变了HZ的定义值，就打破了用户空间的常量关系---用户空间并不知道新的HZ值。
解决方法：
内核更改所有导出的jiffies值。内核定义了USER_HZ来代表用户空间看到的HZ值。在x86体系结构上，由于HZ值原来一直是100，所以USER_HZ值就定义为100。内核可以使用宏jiffies_to_clock_t()将一个有HZ表示的节拍计数转换为一个由USER_HZ表示的节拍计数。
参考：
1. Linux系统下的单调时间函数 http://blog.chinaunix.net/uid-20662820-id-3880162.html
2. Linux时间子系统之三：时间的维护者：timekeeper
3. http://www.cnblogs.com/leaven/archive/2010/08/30/1812338.html
4. http://www.cnblogs.com/simonshi/archive/2010/12/13/1694819.html
