1. Linux中time相關概念

1.1 real time

指的是實際流逝的時間，又稱為Wall Clock Time(墻上時間)。

比如，time命令統計出的real time指的是該進程從開始運行到運行結束所消耗的時間。在這段時間內不僅僅執行了該進程，其他進程的時間片也得到了輪轉。

1.2 process time

指的是執行某進程所消耗的CPU time。CPU time指的是執行該進程有關代碼所花的時間，分為User CPU time和System CPU time兩部分。

User CPU time指的是在用戶態執行該進程的代碼所花費的時間，不統計該進程阻塞花費的時間，也不統計其他進程的時間片。

System CPU time指的是在內核態執行該進程的代碼所花費的時間，不統計該進程阻塞花費的時間，也不統計其他進程的時間片。。

其實，我覺得“該進程阻塞花費的時間”和“其他進程的時間片” 是一個意思。因為，進程阻塞時，內核會調度其他進程執行，所以我覺得這兩個是一個意思。

需要注意，Real time != User CPU time + System CPU time。兩個原因：

對于多核處理器上跑的多線程程序，會出現real time < User CPU time + System CPU time的情況。

畢竟計算機上不止一個進程在跑，real time中還統計了其他進程的時間片。

1.3 hardware clock

指計算機中電池供電的硬件時鐘，記錄了當前的墻上時間，又被稱為RTC(Real Time Clock)。內核在啟動時會讀取該硬件時鐘，來初始化內核中的軟件時鐘(Software Clock)。

1.4 software clock, HZ, and jiffy

software clock指的是內核維護的軟件時鐘。需要設置timeout的系統調用(例如，select，sigtimedwait)以及測量cpu time的系統調用(例如，getrusage)的準確度(accuracy)由軟件時鐘的精度(precision / resolution)決定。

Linux內核維護的軟件時鐘的精度是jiffy，也就是說軟件時鐘用jiffy衡量時間。jiffy對應的real time由內核中的常量HZ決定，jiffy = 1 / HZ。HZ的值可人為調節，可取的值在不同的內核版本和不同的硬件平臺下也不一樣。在i386平臺下，內核版本2.6.0后，HZ的取值可以達到1000，意味著jiffy對應0.001秒。

那么為什么設置timeout的系統調用和測量cpu time的系統調用的準確度受jiffy的限制呢？原因如下。

cpu里面有可編程間隔定時器PIT，(Programmable interval timer)，目前x86-64/arm/8051-based的絕大多數cpu/mcu都是內置PIT的，PIT以一個可調節的時間間隔，即jiffy，觸發時鐘中斷，使得操作系統的時鐘中斷處理程序可以可調節地周期性運行。時鐘中斷處理程序負責維護所有的軟件定時器，在當前進程的時間片用光，或有定時器觸發時執行進程調度(線程調度)。時鐘中斷處理程序還負責維護軟件時鐘。因此，軟件時鐘的精度以及timer相關系統調用的精度都由jiffy限制。

1.5 High-resolution timers

在內核版本2.6.21之前，timer and sleep system calls 的準確度由jiffy限制。自從內核版本2.6.21之開始，Linux開始支持高精度定時器(High-resolution timers, HRTs)。

在支持HRTs的系統上，timer and sleep system calls 的準確度不再受jiffy限制，可以達到硬件級別的準確度。可以通過clock_getres()返回的時鐘的精度判斷系統是否支持高精度定時器。

sleep system calls 包括：

1.6 Epoch

Unix系統使用從1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)到現在的秒數表示時間。1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)這個時間點稱為Epoch。

2. 獲取時間

2.1 結構體

目前所知，表示時間只有兩種結構體timeval和timespec，它們的區別主要是精度不同，有些函數的參數使用timeval，有些使用timespec。

struct timeval {

time_t tv_sec; /* seconds */

suseconds_t tv_usec; /* microseconds */

};

struct timespec {

time_t tv_sec; /* seconds */

long tv_nsec; /* nanoseconds */

};

2.2 函數

Linux中獲取時間的函數有多種，這里我只提gettimeofday()和clock_gettime()。

2.2.1 gettimeofday()

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);

gettimeofday()是系統調用，用于獲取從Epoch開始到現在的時間，精度是微秒。

各種資料表明，gettimeofday()讀取的是內核中的xtime變量的值，xtime每個時鐘中斷更新一次，其精度受限于jiffy。既然是這樣，那么為什么gettimeofday()的精度是微秒呢？經過我查閱資料，jiffy雖然會影響軟件時鐘的精度，但是gettimeofday()不是簡單地讀取xtime，gettimeofday()的實現仍然會依賴于硬件時鐘。更具體的解釋請查看[7]。

我個人認為，gettimeofday()的精度和內核是否支持高精度定時器并沒有關系。一個是讀取時間，一個是定時器，兩者是不同的概念。查閱資料，沒發現有人明確講這個，以后遇到了再做補充吧。

2.2.2 clock_gettime()

int clock_getres(clockid_t clk_id, struct timespec *res);

int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp);

int clock_settime(clockid_t clk_id, const struct timespec *tp);

通過上面的接口可以訪問多個時鐘，這些時鐘表示不同的含義。上面的接口中，用戶需要通過clk_id指定對哪個時鐘進行操作。其中clock_gettime()可以獲取指定時鐘的時間，clock_getres()可以獲取指定時鐘的精度。這些時鐘的更新原理并不清楚，但是可以肯定的是，其精度和內核是否支持高精度定時器密切相關。因為，多個資料提到可以使用clock_getres()得到的精度判斷內核是否支持高精度定時器。

clk_id的值：

CLOCK_REALTIME 墻上時間，真實的時間，但是受系統時鐘(system clock)改變的影響，例如用戶調用adjtime函數改變了系統時鐘，那么該墻上時間就會隨之改變。

CLOCK_MONOTONIC 該時鐘用于測量相對的real time，該時鐘和實際的時間相同的速度流逝，并且不被系統時鐘(system clock)的手動/自動改變所影響。

CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID 用于測量進程所用的CPU time。

CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID 用于測量線程所用的CPU time。

int timer_create (clockid_t clockid, struct sigevent *evp, timer_t *timerid);

該系統調用用于創建定時器，參數clk_id用于指定該定時器使用的時鐘。該系統調用創建的定時器是高精度定時器。因此，我們使用clock_getres()得到的精度肯定應該小于jiffy。這就印證了之前說的，可以通過clock_getres()查看時鐘的精度來判斷內核是否支持高精度定時器。我自己使用clock_getres()測試的各時鐘的精度是1ns，表示內核支持高精度定時器。

3. 某些系統調用的time accuracy

sleep的參數是秒，accuracy可以達到1秒。Linux下其由nanosleep實現，

usleep的參數是微秒，但是有人說其accuracy不是微秒，說它仍是由時間中斷實現的，本人還沒有找到資料證明usleep究竟有沒有使用HRTs。

nanosleep的參數是納秒，其由HRTs實現，使用CLOCK_MONOTONIC測量時間，不受jiffy限制，accuracy具體可以達到多少不清楚，但是應該可以達到微秒級別。

select的參數是微秒，別人測試accuracy可以達到微秒，有人說其由HRTs實現，但是本人未找到更具體的資料。

因此，選擇延時函數應該一步到位直接用nanosleep。

4. Reference

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux 多核 系统时钟,Linux中的时间的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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