http://notes.laoqinren.net/blog/2013/05/26/linuxshi-jie-li-de-shi-jian/

通常，操作系统可以使用三种方法来表示系统的当前时间与日期：

简单的一种方法就是直接用一个64位的计数器来对时钟滴答进行计数。

第二种方法就是用一个32位计数器来对秒进行计数，同时还用一个32位的辅助计数器对时钟滴答计数，直至累积到一秒为止。因为232超过136年，因此这种方法直至22世纪都可以让系统工作得很好。

第三种方法也是按时钟滴答进行计数，但是是相对于系统启动以来的滴答次数，而不是相对于某个确定的外部时刻；当读外部后备时钟（如RTC）或用户输入实际时间时，根据当前的滴答次数计算系统当前时间。

基本概念

首先，有必要明确一些Linux内核时钟驱动中的基本概念。

时钟周期的频率

时钟周期（clock cycle）的频率：8253／8254 PIT的本质就是对由晶体振荡器产生的时钟周期进行计数，晶体振荡器在1秒时间内产生的时钟脉冲个数就是时钟周期的频率。

Linux用宏CLOCK_TICK_RATE来表示8254 PIT的输入时钟脉冲的频率,该宏定义在arch/x86/include/asm/timex.h头文件中：

                       ./arch/x86/include/asm/timex.h:8:#define CLOCK_TICK_RATE  PIT_TICK_RATE./include/linux/timex.h:153:#define PIT_TICK_RATE 1193182ul        
     

时钟滴答

时钟滴答（clock tick）：当PIT通道0的计数器减到0值时，它就在IRQ0上产生一次时钟中断，也即一次时钟滴答。PIT通道0的计数器的初始值决定了要过多少时钟周期才产生一次时钟中断，因此也就决定了一次时钟滴答的时间间隔长度。

时钟滴答的频率

时钟滴答的频率（HZ）：即1秒时间内PIT所产生的时钟滴答次数。类似地，这个值也是由PIT通道0的计数器初值决定的（反过来说，确定了时钟滴答的频率值后也就可以确定8254 PIT通道0的计数器初值）。

Linux内核用宏HZ来表示时钟滴答的频率，而且在不同的平台上HZ有不同的定义值。对于ALPHA和IA62平台HZ的值是1024，对于SPARC、MIPS、ARM和i386等平台HZ的值都是100。该宏在i386平台上的定义如下:

                       #ifndef HZ #define HZ 100 #endif        
     

根据HZ的值，我们也可以知道一次时钟滴答的具体时间间隔应该是（1000ms／HZ）＝10ms。

时钟滴答的时间间隔

时钟滴答的时间间隔：Linux用全局变量tick来表示时钟滴答的时间间隔长度，该变量定义在kernel/timer.c文件中，如下：

                       long tick = (1000000 + HZ/2) / HZ; /* timer interrupt period */        
     

tick变量的单位是微妙（μs），由于在不同平台上宏HZ的值会有所不同，因此方程式tick＝1000000÷HZ的结果可能会是个小数，因此将其进行四舍五入成一个整数，所以Linux将tick定义成（1000000＋HZ／2）／HZ，其中被除数表达式中的HZ／2的作用就是用来将tick值向上圆整成一个整型数。

另外，Linux还用宏TICK_SIZE来作为tick变量的引用别名（alias），其定义如下（arch／i386/kernel/time.c）：

                       #define TICK_SIZE tick        
     

宏LATCH

宏LATCH：Linux用宏LATCH来定义要写到PIT通道0的计数器中的值，它表示PIT将每隔多少个时钟周期产生一次时钟中断。显然LATCH应该由下列公式计算：

LATCH＝（1秒之内的时钟周期个数）÷（1秒之内的时钟中断次数）＝（CLOCK_TICK_RATE）÷（HZ）

类似地，上述公式的结果可能会是个小数，应该对其进行四舍五入。所以，Linux将LATCH定义为（/include/linux/jiffies.h）：

                       ./include/linux/jiffies.h:54:/* LATCH is used in the interval timer and ftape setup. */./include/linux/jiffies.h:55:#define LATCH ((CLOCK_TICK_RATE + HZ/2) / HZ) /* For divider */        
     

类似地，被除数表达式中的HZ／2也是用来将LATCH向上圆整成一个整数。

时间的内核数据结构

作为一种UNIX类操作系统，Linux内核显然采用本文开始所述的第三种方法来表示系统的当前时间。Linux内核在表示系统当前时间时用到了三个重要的数据结构：

全局变量jiffies

全局变量jiffies：这是一个32位的无符号整数，用来表示自内核上一次启动以来的时钟滴答次数。每发生一次时钟滴答，内核的时钟中断处理函数timer_interrupt()都要将该全局变量jiffies加1。

该变量定义在include/linux/jiffies.h源文件中，如下所示：

                       /*   * The 64-bit value is not atomic - you MUST NOT read it   * without sampling the sequence number in jiffies_lock.   * get_jiffies_64() will do this for you as appropriate.   */  extern u64 __jiffy_data jiffies_64;  extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;        
     

C语言限定符volatile表示jiffies是一个易该变的变量，因此编译器将使对该变量的访问从不通过CPU内部cache来进行。

__jiffy_data的定义如下：

                       /* some arch's have a small-data section that can be accessed register-relative   * but that can only take up to, say, 4-byte variables. jiffies being part of   * an 8-byte variable may not be correctly accessed unless we force the issue   */  #define __jiffy_data  __attribute__((section(".data")))        
     

全局变量xtime

全局变量xtime：它是一个timeval结构类型的变量，用来表示当前时间距UNIX时间基准 1970－01－01 00：00：00的相对秒数值。结构timeval是Linux内核表示时间的一种格式（Linux内核对时间的表示有多种格式，每种格式都有不同的时间精度），其时间精度是微秒。该结构是内核表示时间时最常用的一种格式，它定义在头文件include/uapi/linux/time.h中，如下所示：

                       struct timeval {
                    __kernel_time_t    tv_sec; /* seconds */          __kernel_suseconds_t    tv_usec;/* microseconds */  };        
     

__kernel_time_t的定义如下：

                       typedef __kernel_long_t __kernel_time_t;typedef long long __kernel_long_t;        
     

__kernel_suseconds_t的定义如下：

                       #ifndef __kernel_suseconds_t  typedef __kernel_long_t         __kernel_suseconds_t;#endiftypedef long long __kernel_long_t;        
     

其中，成员tv_sec表示当前时间距UNIX时间基准的秒数值，而成员tv_usec则表示一秒之内的微秒值，且1000000>tv_usec>＝0。Linux内核通过timeval结构类型的全局变量xtime来维持当前时间，该变量定义在kernel/timer.c文件中，如下所示：

                       /* The current time */volatile struct timeval xtime __attribute__ ((aligned (16)));        
     

全局变量sys_tz

全局变量sys_tz：它是一个timezone结构类型的全局变量，表示系统当前的时区信息。结构类型timezone定义在include/uapi/linux/time.h头文件中，如下所示:

                       struct timezone {
                    int     tz_minuteswest; /* minutes west of Greenwich */          int     tz_dsttime;     /* type of dst correction */  };        
     

基于上述结构，Linux在kernel/time.c文件中定义了全局变量sys_tz表示系统当前所处的时区信息，如下所示：

                       /*   * The timezone where the local system is located.  Used as a default by some   * programs who obtain this value by using gettimeofday.   */  struct timezone sys_tz;        
     