Linux核心程式的時間管理（二）——jiffies與jiffies_64釋疑，jiffiesjiffies_64

Linux核心程式的時間管理（二）——jiffies與jiffies_64釋疑，jiffiesjiffies_64

    Linux核心中定義了jiffies變數來記錄從系統啟動到當前時刻系統時鐘所產生的tick數。jiffies變數是一個無符號整型數值，即unsigned long類型。它的聲明如下（在 include/linux/jiffies.h 中）：

extern u64 __jiffy_data jiffies_64;

    由此可見，jiffies變數在32位系統中的長度是32位，在64位系統中長度為64位。

    在32位系統中，HZ=1000時，jiffies只要約 49.7 天就會發生迴繞（溢出），而迴繞會給核心程式的時間度量帶來混亂和其他潛在的問題。因此，在Linux2.6核心中引入一個64位的無符號整型變數jiffies_64，核心中計時都是對jiffies_64進行遞增。jiffies_64也在 include/linux/jiffies.h 中有聲明： 

extern u64 __jiffy_data jiffies_64;

    其中，u64為unsigned long long類型。在 1000HZ 的情況下，該變數運行幾億年都不會發出迴繞，從而有效防止了迴繞可能引起的問題。這就是定義jiffies_64變數的原因。

    那麼，既然在32位機器上也是用64位計時，為什麼不直接把jiffies變數改為u64類型呢？或者說乾脆用jiffies_64來代替jiffies呢？根本原因是為了保持相容性及訪問效率！從相容性方面來看，大量的驅動程式使用jiffies 變數來進行一些與時間相關的操作，所以核心中需要保留該變數，以免影響系統功能；從訪問效率方面來看，因為在 32 位的系統中訪問 64 位元的 jiffies_64 變數需要進行兩次記憶體訪問，一來訪問速度沒有直接存取 jiffies 來得快，二來無法保證原子性（在兩次記憶體訪問中間可能會被中斷，從而造成讀取資料的不正確）。但是當真的需要訪問jiffies_64變數時（一般在驅動程式中很少訪問 jiffies_64，通常只有核心核心代碼才會訪問），核心也提供了 get_jiffies_64() 函數來訪問。該函數採用了加鎖機制（xtime_lock），以防止讀取資料的不正確。

    雖然，jiffies和jiffies_64是兩個變數，但它們最終指向相同的地址，只是jiffies取的是jiffies_64變數的低32位。這種效果通過連結程式實現的。通過連結器（ld）指令碼 vmlinux.lds （x86 上位於 arch/x86/kernel下） 可看到： 

1 OUTPUT_FORMAT("elf32-i386", "elf32-i386", "elf32-i386") 2 OUTPUT_ARCH(i386) 3 ENTRY(phys_startup_32) 4 jiffies = jiffies_64;

     其中最後一條語句的作用是，讓符號jiffies的地址等於符號jiffies_64的地址，即讓jiffies變數佔用 jiffies_64 的低 32 位。這裡涉及到連結器中的一個重要的概念：

在目標檔案內定義的符號可以在連結器指令碼內賦值，此時該符號應被定義為全域的。每個符號都對應一個地址，在連結器中的賦值（=）操作就是更改這個符號對應的地址。

    所以，這和 C 語言中的等於（=）是完全不同的概念：C 中是賦值，連結器中是改變地址。

    另外，jiffies_64 變數會被初始化為 INITIAL_JIFFIES ，該值定義在檔案 include/linux/jiffies.h 中：

1 /*2  * Have the 32 bit jiffies value wrap 5 minutes after boot3  * so jiffies wrap bugs show up earlier.4  */5 #define INITIAL_JIFFIES ((unsigned long)(unsigned int) (-300*HZ))

    這樣，就使得系統在啟動後 5 分鐘時發生 jiffies 迴繞。這麼做有利於及早暴露裝置驅動程式中可能的 jiffies 迴繞導致的邏輯錯誤，方便驅動程式的開發。

 

 

參考文獻：

【1】：http://www.groad.net/bbs/thread-3352-1-1.html

【2】：http://bbs.csdn.net/topics/320154818

【3】：《Linux核心設計與實現（原書第3版）》第11章