前言
在Linux內核中，為了兼容原有的代碼，或者符合某種規范，并且還要滿足當前精度日益提高的要求，實現了多種與時間相關但用于不同目的的數據結構：
1）jiffies和jiffies_64
內核用jiffies_64全局變量記錄系統自啟動以來經過了多少次Tick。它的聲明如下（代碼位于kernel/time/timer.c中）：
__visible u64 jiffies_64 __cacheline_aligned_in_smp = INITIAL_JIFFIES;
EXPORT_SYMBOL(jiffies_64);
可以看出來jiffies_64被定義成了64位無符號整數。但是，由于歷史的原因，內核源代碼中還包含了另一個叫做jiffies的變量。jiffies的引用（代碼位于include/linux/jiffies.h中）申明為：
extern u64 __cacheline_aligned_in_smp jiffies_64;
extern unsigned long volatile __cacheline_aligned_in_smp __jiffy_arch_data jiffies;
因此，jiffies變量是一個unsigned long類型的全局變量，如果在32位處理器上只有4個字節長（32位）。但是，如果在64位處理器上也有8個字節長（64位），這時候jiffies和jiffies_64兩個全局變量是完全等價的。
但是翻遍所有代碼你也找不到全局變量jiffies的定義，最終在內核的鏈接腳本中（對于Arm64架構來說腳本位于arch/arm64/kernel/vmlinux.lds.S中）找到了下面這行：
玄機在這里，原來在鏈接的時候指定了符號jiffies和jiffies_64指向同一個地址。也就是說，在32位機器上，jiffies和jiffies_64的低4個字節是一樣的。
一般情況下，無論在32位或64位機器上，我們都可以直接訪問jiffies全局變量，但如果要獲得jiffies_64全局變量，則需要調用get_jiffies_64函數。對于64位系統來說，兩者一樣，而且jiffies被申明成了volatile的且是Cache對齊的，因此只需要直接返回jiffies就好了：
static inline u64 get_jiffies_64(void)
{
return (u64)jiffies;
}
而對于32位系統來說，由于其對64位讀寫不是原子的，所以還需要持有jiffies_lock讀順序鎖：
u64 get_jiffies_64(void)
{
unsigned int seq;
u64 ret;
do {
seq = read_seqbegin(&jiffies_lock);
ret = jiffies_64;
} while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));
return ret;
}
jiffies基本上是每一次Tick到來都會加1的，而Tick的周期HZ是由內核編譯選項配置的。在32位系統中，我們假設HZ被設置成了250，那么每個Tick的周期就是4毫秒，那么該計數器將在不到200天后達到最大值后溢出。如果HZ被設置的更高，那這個溢出時間會更短。當然，如果在64位系統中，則完全不用考慮這個問題。因此，在用jiffies進行時間比較的時候，需要用系統已經定義好的幾個宏：
time_after(a,b)
time_before(a,b)
time_after_eq(a,b)
time_before_eq(a,b)
time_in_range_open(a,b,c)
time_is_before_jiffies(a)
time_is_after_jiffies(a)
time_is_before_eq_jiffies(a)
time_is_after_eq_jiffies(a)
為了保險起見，內核也提供了對應的64位版本。這些宏可以有效的解決回繞問題，不過也不是無限制的。具體是怎么做到的呢？我們挑一個time_after宏來看看就知道了：
#define time_after(a,b) \
(typecheck(unsigned long, a) && \
typecheck(unsigned long, b) && \
((long)((b) - (a)) < 0))
先是對兩個變量做類型檢查，必須都是unsigned long型的。最重要的是后面，先將兩個無符號長整形相減，然后將他們變成有符號的長整型，再判斷其是否為負數，也就是32位的最高位是否為1。
為什么這樣可以部分解決所謂回繞的問題呢？我們可以舉個例子，為了簡單起見，以8位無符號整數為例，其取值范圍是0到255（0xFF）。假設當前時間是250，那么過5個Tick之后，就是255了，已經到達了能表達的最大值。這時，如果再過一個Tick，也就是6個Tick之后，就將會溢出變成0了。此時，如果簡單的通過對兩個值的比較來判斷哪個時間再后面的話，顯然就要出錯了，因為過了6個Tick之后的時間是0，反而小于當前的時間，這個問題就是所謂的回繞。但是，如果我們先將這兩個數相減，也就是0-250（0-0xFA）,也會產生溢出，最終得到的數剛好是6。但這也是有限制的，兩個比較的時間之間的差值不能超過最大表示范圍的一半。假設現在的時間還是250，而過了128個Tick之后，時間值將變成122，再將兩者相減的話就是122-250（0x86-0xFA），減出來的數字就是128了，此時轉成有符號數就變成負數了，結果就錯了。
另外，jiffies是每個Tick更新一次的，而Tick的周期又是編譯的時候定義好的，所以可以將jiffies的數值轉換成具體過了多少時間，反之亦然。因此，內核提供了如下轉換函數：
unsigned int jiffies_to_msecs(const unsigned long j);
unsigned int jiffies_to_usecs(const unsigned long j);
unsigned long msecs_to_jiffies(const unsigned int m);
unsigned long usecs_to_jiffies(const unsigned int u);
2）timespec和timespec64
timespec由秒和納秒組成，其定義如下（代碼位于include/uapi/linux/time.h）：
struct timespec {
__kernel_time_t tv_sec;
long tv_nsec;
};
tv_sec：存放自1970年1月1日0時（UTC時間）以來經過的秒數。__kernel_time_t最終定義成了long型，也就是在32位系統上是32位長，而在64位系統上是64位長。
tv_nsec：存放自上一秒開始經過的納秒（ns）數。
timespec還有一個64位的擴展結構，其定義如下（代碼位于include/linux/time64.h）：
typedef __s64 time64_t;
......
struct timespec64 {
time64_t tv_sec;
long tv_nsec;
};
這個結構體中的變量定義和timespec一樣，只不過tv_sec的類型一定是64位無符號數。所以，也就是說在64位系統上，timespec和timespec64結構體是一模一樣的。
3）ktime_t
在Linux的時間子系統內，一般使用ktime_t來表示時間，其定義如下（代碼位于include/linux/ktime.h）：
就是一個非常簡單的64位帶符號整數，表示的時間單位是納秒。
4）timeval
gettimeofday和settimeofday函數使用timeval作為時間單位：
struct timeval {
__kernel_time_t tv_sec;
__kernel_suseconds_t tv_usec;
};
tv_sec：存放自1970年1月1日0時（UTC時間）以來經過的秒數。__kernel_time_t最終定義成了long型，也就是在32位系統上是32位長，而在64位系統上是64位長。
tv_usec：__kernel_suseconds_t實際最終也被定義成了long型，存放自上一秒開始經過的微秒（us）數。
所以，這個結構體其實和timespec結構體大同小異，tv_sec存的值是一樣的，而只需要將timespec中的tv_nsec除以1000就是timeval中的tv_usec。
總結
到此這篇關于Linux時間子系統之時間的表示的文章就介紹到這了,更多相關Linux時間的表示內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
