通常，作業系統可以使用三種方法來表示系統的目前時間與日期：①最簡單的一種方法就是直接用一個64位的計數器來對時鐘滴答進行計數。②第二種方法就是用一個32位計數器來對秒進行計數，同時還用一個32位的輔助計數器對時鐘滴答計數，之子累積到一秒為止。因為232超過136年，因此這種方法直至22世紀都可以讓系統工作得很好。③第三種方法也是按時鐘滴答進行計數，但是是相對於系統啟動以來的滴答次數，而不是相對於相對於某個確定的外部時刻；當讀外部後備時鐘（如RTC）或使用者輸入實際時間時，根據當前的滴答次數計算系統目前時間。 UNIX類作業系統通常都採用第三種方法來維護系統的時間與日期。 1 基本概念 首先，有必要明確一些Linux核心時鐘驅動中的基本概念。 （1）刻度（clock cycle）的頻率：8253／8254 PIT的本質就是對由晶體振蕩器產生的刻度進行計數，晶體振蕩器在1秒時間內產生的時鐘脈衝個數就是刻度的頻率。Linux用宏CLOCK_TICK_RATE來表示8254 PIT的輸入時鐘脈衝的頻率（在PC機中這個值通常是1193180HZ），該宏定義在include/asm-i386/timex.h標頭檔中： #define CLOCK_TICK_RATE 1193180 /* Underlying HZ */ （2）時鐘滴答（clock tick）：我們知道，當PIT通道0的計數器減到0值時，它就在IRQ0上產生一次時鐘中斷，也即一次時鐘滴答。PIT通道0的計數器的初始值決定了要過多少刻度才產生一次時鐘中斷，因此也就決定了一次時鐘滴答的時間間隔長度。 （3）時鐘滴答的頻率（HZ）：也即1秒時間內PIT所產生的時鐘滴答次數。類似地，這個值也是由PIT通道0的計數器初值決定的（反過來說，確定了時鐘滴答的頻率值後也就可以確定8254 PIT通道0的計數器初值）。Linux核心用宏HZ來表示時鐘滴答的頻率，而且在不同的平台上HZ有不同的定義值。對於ALPHA和IA62平台HZ的值是1024，對於SPARC、MIPS、ARM和i386等平台HZ的值都是100。該宏在i386平台上的定義如下（include/asm-i386/param.h）： #ifndef HZ #define HZ 100 #endif 根據HZ的值，我們也可以知道一次時鐘滴答的具體時間間隔應該是（1000ms／HZ）＝10ms。 （4）時鐘滴答的時間間隔：Linux用全域變數tick來表示時鐘滴答的時間間隔長度，該變數定義在kernel/timer.c檔案中，如下： long tick = (1000000 + HZ/2) / HZ; /* timer interrupt period */ tick變數的單位是微妙（μs），由於在不同平台上宏HZ的值會有所不同，因此方程式tick＝1000000÷HZ的結果可能會是個小數，因此將其進行四捨五入成一個整數，所以Linux將tick定義成（1000000＋HZ／2）／HZ，其中被除數運算式中的HZ／2的作用就是用來將tick值向上圓整成一個整型數。 另外，Linux還用宏TICK_SIZE來作為tick變數的引用別名（alias），其定義如下（arch／i386/kernel/time.c）： #define TICK_SIZE tick （5）宏LATCH：Linux用宏LATCH來定義要寫到PIT通道0的計數器中的值，它表示PIT將沒隔多少個刻度產生一次時鐘中斷。顯然LATCH應該由下列公式計算： LATCH＝（1秒之內的刻度個數）÷（1秒之內的時鐘中斷次數）＝（CLOCK_TICK_RATE）÷（HZ） 類似地，上述公式的結果可能會是個小數，應該對其進行四捨五入。所以，Linux將LATCH定義為（include/linux/timex.h）： /* LATCH is used in the interval timer and ftape setup. */ #define LATCH ((CLOCK_TICK_RATE + HZ/2) / HZ) /* For divider */ 類似地，被除數運算式中的HZ／2也是用來將LATCH向上圓整成一個整數。 2 表示系統目前時間的核心資料結構 作為一種UNIX類作業系統，Linux核心顯然採用本節一開始所述的第三種方法來表示系統的目前時間。Linux核心在表示系統目前時間時用到了三個重要的資料結構： ①全域變數jiffies：這是一個32位的不帶正負號的整數，用來表示自核心上一次啟動以來的時鐘滴答次數。每發生一次時鐘滴答，核心的時鐘中斷處理函數timer_interrupt（）都要將該全域變數jiffies加1。該變數定義在kernel/timer.c源檔案中，如下所示： unsigned long volatile jiffies; C語言限定符volatile表示jiffies是一個易該變的變數，因此編譯器將使對該變數的訪問從不通過CPU內部cache來進行。 ②全域變數xtime：它是一個timeval結構類型的變數，用來表示目前時間距UNIX時間基準1970－01－01 00：00：00的相對秒數值。結構timeval是Linux核心表示時間的一種格式（Linux核心對時間的表示有多種格式，每種格式都有不同的時間精度），其時間精度是微秒。該結構是核心表示時間時最常用的一種格式，它定義在標頭檔include/linux/time.h中，如下所示： struct timeval { time_t tv_sec; /* seconds */ suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ }; 其中，成員tv_sec表示目前時間距UNIX時間基準的秒數值，而成員tv_usec則表示一秒之內的微秒值，且1000000>tv_usec>＝0。 Linux核心通過timeval結構類型的全域變數xtime來維持目前時間，該變數定義在kernel/timer.c檔案中，如下所示： /* The current time */ volatile struct timeval xtime __attribute__ ((aligned (16))); 但是，全域變數xtime所維持的目前時間通常是供使用者來檢索和設定的，而其他核心模組通常很少使用它（其他核心模組用得最多的是jiffies），因此對xtime的更新並不是一項緊迫的任務，所以這一工作通常被延遲到時鐘中斷的底半部分（bottom half）中來進行。由於bottom half的執行時間帶有不確定性，因此為了記住核心上一次更新xtime是什麼時候，Linux核心定義了一個類似於jiffies的全域變數wall_jiffies，來儲存核心上一次更新xtime時的jiffies值。時鐘中斷的底半部分每一次更新xtime的時侯都會將wall_jiffies更新為當時的jiffies值。全域變數wall_jiffies定義在kernel/timer.c檔案中： /* jiffies at the most recent update of wall time */ unsigned long wall_jiffies; ③全域變數sys_tz：它是一個timezone結構類型的全域變數，表示系統當前的時區資訊。結構類型timezone定義在include/linux/time.h標頭檔中，如下所示： struct timezone { int tz_minuteswest; /* minutes west of Greenwich */ int tz_dsttime; /* type of dst correction */ }; 基於上述結構，Linux在kernel/time.c檔案中定義了全域變數sys_tz表示系統當前所處的時區資訊，如下所示： struct timezone sys_tz;
