Linux设备驱动程序 之 度量时间差

Posted 2020-12-01 Alex

概述

内核通过定时器中断来跟踪事件流；

时钟中断由系统定时硬件以及周期性的间隔产生，这个间隔由内核根据HZ的值设定，HZ是一个细节结构有关的常数；作为一般性规则，即使知道对应平台上的确切HZ值，也不应该在编程时依赖该HZ值；

如果想改变系统时钟中断发生的频率，可以通过修改HZ值来进行，但是，如果修改了头文件中的HZ值，则必须使用新的值重新编译内核以及所有模块；

每当时钟中断发生时，内核内部计数器的值增加一；这个计数器的值在系统引导值初始化为0，因此，它的值就是上次操作系统引导以来的时钟滴答数；这个计数器是一个64位变量（即使在32位架构上也是64位），称为jiffies_64；但是驱动程序发开者通常访问的是jiffies变量，它是unsigned long类型的变量，要么和jiffies_64相同，要么仅仅是jiffies_64的低23位，根据架构是64位还是32位而定；通常首选使用jiffies，因为对它的访问很快，从而对于64位jiffies_64值的访问并不需要在所有架构上都是原子的；

使用jiffies计数器

该计数器和读取计数器的工具函数包含在<linux/jiffies.h>中，但是通常只需要包含<linux/sched.h>文件，后者会自动包含jiffies.h；

需要说明的是，jiffies和jiffies_64均应该被看成只读变量；

在代码中需要记录jiffies的当前值时，可简单的访问上面说的unsigned long变量；该变量被声明为volatile，这样可以避免编译器对访问该变量的语句的优化；在代码需要计算未来的时间戳时，必须读取当前的计数器；

1 #incldue <linux/jiffies.h>
2 
3 unsigned long j, stamp_1, stamp_half, stamp_n;
4 
5 j = jiffies;
6 
7 stamp_1 = j + HZ;
8 stamp_half = j + HZ/2;
9 stamp_n = j + n * HZ / 1000;

时间比较

只要采用正确的方式来比较不同的值，上述代码不会因为jiffies的溢出而出现问题；比较缓存时间和当前时间，应该使用下面宏：

 1 #define time_after(a,b)         2     (typecheck(unsigned long, a) &&  3      typecheck(unsigned long, b) &&  4      ((long)((b) - (a)) < 0))
 5 #define time_before(a,b)    time_after(b,a)
 6 
 7 #define time_after_eq(a,b)     8     (typecheck(unsigned long, a) &&  9      typecheck(unsigned long, b) && 10      ((long)((a) - (b)) >= 0))
11 #define time_before_eq(a,b)    time_after_eq(b,a)

用户空间时间与内核时间的转换

用户空间的时间使用struct timeval和struct timespec来表示，为了在用户空间时间和内核时间之间进行转换，内核提供了下面的四个辅助函数：包含在<linux/jiffies.h>中

1 unsigned long timespec_to_jiffies(const struct timespec *value)
2 void jiffies_to_timespec(const unsigned long jiffies,
3                        struct timespec *value)
4 
5 unsigned long timeval_to_jiffies(const struct timeval *value)
6 void jiffies_to_timeval(const unsigned long jiffies,
7                    struct timeval *value)

访问jiffies_64

对jiffies_64的访问不像对jiffies的访问那么直接，在64位架构上，两个变量其实是同一个变量；但是在32位架构上，对64位的访问不是原子的，必须借助一个辅助函数，该函数完成了适当的锁定：

1 #if (BITS_PER_LONG < 64)
2 u64 get_jiffies_64(void);
3 #else
4 static inline u64 get_jiffies_64(void)
5 {
6     return (u64)jiffies;
7 }
8 #endif