linux 单调时间实现原理,Linux系统下的单调时间函数

linux 单调时间实现原理,Linux系统下的单调时间函数_半夏256的博客-CSDN博客

一、编写linux下应用程序的时候，有时候会用到高精度相对时间的概念，比如间隔100ms。那么应该使用哪个时间函数更准确呢？

1、time

该函数返回的是自1970年以来的秒数，显然精度不够，不能使用

2、gettimeofday

该函数返回的是自1970年以来的秒数和微秒数，精度显然是够了。我想有很多程序员也是用的这个函数来计算相对时间的，如果说系统时间因为ntp等原因发生时间跳变，

那

么用这个函数来计算相对时间是不是就会出问题了。所以说这个函数也不能使用

3、clock_gettime

该函数提供了4种类型CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC、CLOCK_PROCESS_CPUTIMEID、CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID。从字面意思可以判断出来，

CLOCK_MONOTONIC提供了单调递增的时间戳，该函数返回值为自系统启动后秒数和纳秒数，但是该函数没有考虑ntp的情况，所以并不是绝对意义上的单调递增(见二)。

CLOCK_REALTIME is affected by settime()/settimeofday() calls and can also be frequency corrected by NTP via adjtimex().

CLOCK_MONOTONIC is not affected by settime()/settimeofday(), but is frequency adjusted by NTP via adjtimex().With Linux,NTP normally uses settimeofday() for large corrections (over half a second). The adjtimex() inteface allows for small clock frequency changes (slewing). This can be done in a few different ways, see the man page for adjtimex.

CLOCK_MONOTONIC_RAW that will not be modified at all, and will have a linear correlation with the hardware counters.

4、syscall(SYS_clock_gettime, CLOCK_MONOTONIC_RAW, &monotonic_time)

该函数提供了真正意义上的单调递增时间(见三)

二、glibc 中clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)的原理 查看glibc的代码可以看到这个数值是由内核计算的。 __vdso_clock_gettime-------->do_monotonic 这个函数的实现如下：

notrace static noinline int do_monotonic(struct timespec *ts)

 1  {
 2 
 3 unsigned long seq, ns, secs;
 4 
 5 do {
 6 
 7 seq = read_seqbegin(>od->lock);
 8 
 9 secs = gtod->wall_time_sec;
10 
11 ns = gtod->wall_time_nsec + vgetns();
12 
13 secs += gtod->wall_to_monotonic.tv_sec;
14 
15 ns += gtod->wall_to_monotonic.tv_nsec;
16 
17 } while (unlikely(read_seqretry(>od->lock, seq)));
18 
19 
20 
21 /* wall_time_nsec, vgetns(), and wall_to_monotonic.tv_nsec
22 
23 * are all guaranteed to be nonnegative.
24 
25 */
26 
27 while (ns >= NSEC_PER_SEC) {
28 
29 ns -= NSEC_PER_SEC;
30 
31 ++secs;
32 
33 18. }
34 
35 19. ts->tv_sec = secs;
36 
37 20. ts->tv_nsec = ns;
38 
39 21.
40 
41 22. return 0;
42 
43 23. }

 

这个代码读取墙上时间，然后加上相对于单调时间的便宜，从而得到单调时间，但是这里并没有考虑ntp通过adjtimex()调整小的时间偏差的情况，所以这个仍然不是绝对的单调递增

。

三、内核clock_gettime系统调用

在kernel/posix-timers.c中内核实现了clock_gettime的系统调用，包括CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC、CLOCK_MONOTONIC_RAW、CLOCK_REALTIME_COARSE、CLOCK_MONOTONIC_COARSE、CLOCK_BOOTTIME等类型，这里我们看一下CLOCK_MONOTONIC_RAW的实现

 1 struct k_clock clock_monotonic_raw = {
 2 
 3 clock_getres = hrtimer_get_res,
 4 
 5 clock_get = posix_get_monotonic_raw,
 6 
 7 };
 8 
 9 
10 posix_timers_register_clock(CLOCK_MONOTONIC_RAW, &clock_monotonic_raw);
11 
12 
13 /*
14 
15 * Get monotonic-raw time for posix timers
16 
17 */
18 
19 static int posix_get_monotonic_raw(clockid_t which_clock, struct timespec *tp)
20 
21 {
22 
23 getrawmonotonic(tp);
24 
25  return 0;
26 
27 }
28 
29 
30 
31 /**
32 
33 * getrawmonotonic - Returns the raw monotonic time in a timespec
34 
35  * @ts: pointer to the timespec to be set
36 
37  *
38 
39  * Returns the raw monotonic time (completely un-modified by ntp)
40 
41 */
42 
43 void getrawmonotonic(struct timespec *ts)
44 
45 {
46 
47 unsigned long seq;
48 
49  s64 nsecs;
50 
51 
52 
53 do {
54 
55 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
56 
57 nsecs = timekeeping_get_ns_raw();
58 
59 *ts = raw_time;
60 
61 
62 
63 } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
64 
65 
66  timespec_add_ns(ts, nsecs);
67 
68 }
69 EXPORT_SYMBOL(getrawmonotonic);
70 
71 
72 
73 static inline s64 timekeeping_get_ns_raw(void)
74 
75 {
76 
77 cycle_t cycle_now, cycle_delta;
78 
79 struct clocksource *clock;
80 
81 /* read clocksource: */
82 
83 clock = timekeeper.clock;
84 
85 cycle_now = clock->read(clock);
86 
87 
88 
89 /* calculate the delta since the last update_wall_time: */
90 
91 cycle_delta = (cycle_now - clock->cycle_last) & clock->mask;
92 
93 
94 
95 /* return delta convert to nanoseconds using ntp adjusted mult. */
96 
97 return clocksource_cyc2ns(cycle_delta, clock->mult, clock->shift);
98 }

 

四、关于wall time和monotonic time

wall time：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，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年当前时刻所经历的纳秒数。

monotonic time: 该时间自系统开机后就一直单调地增加(ntp adjtimex会影响其单调性)，它不像xtime可以因用户的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(total_sleep_time)，monotoic时间不会递增。

raw monotonic time: 该时间与monotonic时间类似，也是单调递增的时间，唯一的不同是，raw monotonic time不会受到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。

boot time:与monotonic时间相同，不过会累加上系统休眠的时间(total_sleep_time)，它代表着系统上电后的总时间。

五、总结

在linux下获取高精度单调递增的时间，只能使用syscall(SYS_clock_gettime, CLOCK_MONOTONIC_RAW, &monotonic_time)获取！

在windows的多核环境下获取高精度时间是用：

LARGE_INTEGER counter;

QueryPerformanceCounter( &counter );

return counter.QuadPart;

posted @ 2022-05-06 15:09  miaorn  阅读(815)  评论(0)  编辑  收藏  举报