1.linux HZ
Linux核心几个重要跟时间有关的名词或变数，底下将介绍HZ、tick与jiffies。
HZ
Linux核心每隔固定周期会发出timer interrupt (IRQ 0)，HZ是用来定义每一秒有几次timer interrupts。举例来说，HZ为1000，代表每秒有1000次timer interrupts。 HZ可在编译核心时设定，如下所示(以核心版本2.6.20-15为例)：
adrian@adrian-desktop:~$ cd /usr/src/linux
adrian@adrian-desktop:/usr/src/linux$ make menuconfig
Processor type and features ---> Timer frequency (250 HZ) --->
其中HZ可设定100、250、300或1000。以小弟的核心版本预设值为250。
小实验
观察/proc/interrupt的 timer中断次数，并于一秒后再次观察其值。理论上，两者应该相差250左右。
adrian@adrian-desktop:~$ cat /proc/interrupts | grep timer && sleep 1 && cat /proc/interrupts | grep timer
0: 9309306 IO-APIC-edge timer
0: 9309562 IO-APIC-edge timer
上面四个栏位分别为中断号码、CPU中断次数、PIC与装置名称。
要检查系统上HZ的值是什么，就执行命令
cat kernel/.config | grep '^CONFIG_HZ='
还可以直接更改文件
os/linux/include/asm-cris/param.h?
2.Tick
Tick是HZ的倒数，意即timer interrupt每发生一次中断的时间。如HZ为250时，tick为4毫秒(millisecond)。
3.Jiffies
Jiffies为Linux核心变数(32位元变数，unsigned long)，它被用来纪录系统自开几以来，已经过多少的tick。每发生一次timer interrupt，Jiffies变数会被加一。值得注意的是，Jiffies于系统开机时，并非初始化成零，而是被设为-300*HZ (arch/i386/kernel/time.c)，即代表系统于开机五分钟后，jiffies便会溢位。那溢位怎么办?事实上，Linux核心定义几个macro(timer_after、time_after_eq、time_before与time_before_eq)，即便是溢位，也能藉由这几个macro正确地取得jiffies的内容。
另外，80x86架构定义一个与jiffies相关的变数jiffies_64 ，此变数64位元，要等到此变数溢位可能要好几百万年。因此要等到溢位这刻发生应该很难吧。那如何经由jiffies_64取得jiffies资讯呢?事实上，jiffies被对应至jiffies_64最低的32位元。因此，经由jiffies_64可以完全不理会溢位的问题便能取得jiffies。
HZ的设定：
#make menuconfig
processor type and features--->Timer frequency (250 HZ)--->
HZ的不同值会影响timer （节拍）中断的频率
3.1 jiffies及其溢出
全局变量jiffies取值为自操作系统启动以来的时钟滴答的数目，在头文件<linux/sched.h>中定义，数据类型为unsigned long volatile (32位无符号长整型)。关于 jiffies为什么要采用volatile来限定，可参考《关于volatile和jiffies.txt》。
jiffies转换为秒可采用公式：(jiffies/HZ)计算，将秒转换为jiffies可采用公式：(seconds*HZ)计算。
当时钟中断发生时，jiffies 值就加1。因此连续累加一年又四个多月后就会溢出(假定HZ=100，1个jiffies等于1/100秒，jiffies可记录的最大秒数为 (2^32 -1)/100=42949672.95秒，约合497天或1.38年)，即当取值到达最大值时继续加1，就变为了0。
在 Vxworks操作系统中，定义HZ的值为60，因此连续累加两年又三个多月后也将溢出（jiffies可记录的最大秒数为约合2.27年）。如果在 Vxworks操作系统上的应用程序对jiffies的溢出没有加以充分考虑，那么在连续运行两年又三个多月后，这些应用程序还能够稳定运行吗？
下面我们来考虑jiffies的溢出，我们将从以下几个方面来阐述：
. 无符号整型溢出的具体过程
. jiffies溢出造成程序逻辑出错
. Linux内核如何来防止jiffies溢出
. time_after等比较时间先/后的宏背后的原理
. 代码中使用time_after等比较时间先/后的宏
3.2 无符号整型溢出的具体过程
我们首先来看看无符号长整型（unsigned long）溢出的具体过程。实际上，无符号整型的溢出过程都很类似。为了更具体地描述无符号长整型溢出的过程，我们以8位无符号整型为例来加以说明。
8位无符号整型从0开始持续增长，当增长到最大值 255时，继续加1将变为0，然后该过程周而复始：
0, 1, 2, ..., 253, 254, 255,
0, 1, 2, ..., 253, 254, 255,
...
3.3 jiffies溢出造成程序逻辑出错
下面，通过一个例子来看jiffies的溢出。
例4-1：jiffies溢出造成程序逻辑出错
unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; /* timeout in 0.5s */
/* do some work ... */
do_somework();
/* then see whether we took too long */
if (timeout > jiffies) {
/* we did not time out, call no_timeout_handler() ... */
no_timeout_handler();
} else {
/* we timed out, call timeout_handler() ... */
timeout_handler();
}
本例的目的是从当前时间起，如果在0.5秒内执行完do_somework()，则调用no_timeout_handler()。如果在0.5秒后执行完 do_somework()，则调用timeout_handler()。
我们来看看本例中一种可能的溢出情况，即在设置timeout并执行 do_somework()后，jiffies值溢出，取值为0。设在设置timeout后，timeout的值临近无符号长整型的最大值，即小于 2^32-1。设执行do_somework()花费了1秒，那么代码应当调用timeout_handler()。但是当jiffies值溢出取值为0 后，条件timeout > jiffies成立，jiffies值（等于0）小于timeout（临近但小于2^32-1），尽管从逻辑上讲 jiffies值要比timeout大。但最终代码调用的是no_timeout_handler()，而不是timeout_handler()。
3.4 Linux内核如何来防止jiffies溢出
Linux内核中提供了以下四个宏，可有效地解决由于jiffies溢出而造成程序逻辑出错的情况。下面是从Linux Kernel 2.6.7版本中摘取出来的代码：
/*
* These inlines deal with timer wrapping correctly. You are
* strongly encouraged to use them
* 1. Because people otherwise forget
* 2. Because if the timer wrap changes in future you won't have to
* alter your driver code.
*
* time_after(a,b) returns true if the time a is after time b.
*
* Do this with "<0" and ">=0" to only test the sign of the result. A
* good compiler would generate better code (and a really good compiler
* wouldn't care). Gcc is currently neither.
*/
#define time_after(a,b) /
(typecheck(unsigned long, a) && /
typecheck(unsigned long, b) && /
((long)(b) - (long)(a) < 0))
#define time_before(a,b) time_after(b,a)
#define time_after_eq(a,b) /
(typecheck(unsigned long, a) && /
typecheck(unsigned long, b) && /
((long)(a) - (long)(b) >= 0))
#define time_before_eq(a,b) time_after_eq(b,a)
在宏time_after中，首先确保两个输入参数a和b的数据类型为unsigned long，然后才执行实际的比较。这是以后编码中应当注意的地方。
4. time_after等比较时间先后的宏背后的原理
那么，上述time_after等比较时间先/后的宏为什么能够解决 jiffies溢出造成的错误情况呢？
我们仍然以8位无符号整型(unsigned char)为例来加以说明。仿照上面的 time_after宏，我们可以给出简化的8位无符号整型对应的after宏：
#define uc_after(a, b) ((char)(b) - (char)(a) < 0)
设a和b的数据类型为unsigned char，b为临近8位无符号整型最大值附近的一个固定值254，下面给出随着a（设其初始值为254）变化而得到的计算值：
a b (char)(b) - (char)(a)
254 254 0
255 - 1
0 - 2
1 - 3
...
124 -126
125 -127
126 -128
127 127
128 126
...
252 2
253 1
从上面的计算可以看出，设定b不变，随着a（设其初始值为254）不断增长1，a的取值变化为：
254, 255, (一次产生溢出)
0, 1, ..., 124, 125, 126, 127, 126, ..., 253, 254, 255, (二 次产生溢出)
0, 1, ...
...
而(char)(b) - (char)(a)的变化为：
0, -1,
-2, -3, ..., -126, -127, -128, 127, 126, ..., 1, 0, -1,
-2, -3, ...
...
从上面的详细过程可以看出，当a取值为254，255, 接着在（一次产生溢出）之后变为0，然后增长到127之前，uc_after(a,b)的结果都显示a是在b之后，这也与我们的预期相符。但在a取值为127之后，uc_after(a,b)的结果却显示a是在b之前。
从上面的运算过程可以得出以下结论：
使用uc_after(a,b)宏来计算两个8位无符号整型a和b之间的大小（或先/后，before/after），那么a和b的取值应当满足以下限定条件：
. 两个值之间相差从逻辑值来讲应小于有符号整型的最大值。
. 对于8位无符号整型，两个值之间相差从逻辑值来讲应小于128。
从上面可以类推出以下结论：
对于time_after等比较jiffies先/后的宏，两个值的取值应当满足以下限定条件：
两个值之间相差从逻辑值来讲应小于有符号整型的最大值。
对于32位无符号整型，两个值之间相差从逻辑值来讲应小于2147483647。
对于HZ=100，那么两个时间值之间相差不应当超过2147483647/100秒 = 0.69 年 = 248.5天。对于HZ=60，那么两个时间值之间相差不应当超过2147483647/60秒 = 1.135年。在实际代码应用中，需要比较先/后的两个时间值之间一般都相差很小，范围大致在1秒~1天左右，所以以上time_after等比较时间先/后的宏完全可以放心地用于实际的代码中。
4.1 代码中使用time_after等比较时间先/后的宏
下面代码是针对例4-1修改后的正确代码：
例7-1：在例4-1基础上使用time_before宏后的正确代码
unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; /* timeout in 0.5s */
/* do some work ... */
do_somework();
/* then see whether we took too long */
if (time_before(jiffies, timeout)) {
/* we did not time out, call no_timeout_handler() ... */
no_timeout_handler();
} else {
/* we timed out, call timeout_handler() ... */
timeout_handler();
}
8. 结论
系统中采用jiffies来计算时间，但由于jiffies溢出可能造成时间比较的错误，因而强烈建议在编码中使用 time_after等宏来比较时间先后关系，这些宏可以放心使用。
内核时钟：
内核使用硬件提供的不同时钟来提供依赖于时间的服务，如busy-waiting（浪费CPU周期）和sleep-waiting（放弃CPU）
5.HZ and Jiffies
系统时钟以可编程的频率中断处理器，这个频率即每秒滴答数，记录在HZ,选择合适的HZ值是个重要问题，而且HZ值是架构相关的，可以在配置菜单中修改。【2.6.21核提供了对tickless kernel(CONFIG_NO_HZ)的支持，它会根据系统负载动态触发时钟中断】。
jiffies记录了系统启动后的滴答数，常用的函数：time_before()、 time_after()、time_after_eq()、time_before_eq()。因为jiffies随时钟滴答变化，不能用编译器优化它，应取volatile值。
32位jiffies变量会在50天后溢出，太小，因此内核提供变量jiffies_64来hold 64位jiffies。该64位的低32位即为jiffies，在32位机上需要两天指令来赋值64位数据，不是原子的，因此内核提供函数 get_jiffies_64()。
6.Long Delays
busy-wait：timebefore(),使CPU忙等待；sleep-wait：shedule_timeout(截至时间)；无论在内核空间还是用户空间，都没有比HZ更精确的控制了，因为时间片都是根据滴答更新的，而且即使定义了您的进程在超过指定时间后运行，调度器也可能根据优先级选择其他进程执行。
sleep-wait()：wait_event_timeout()用于在满足某个条件或超时后重新执行，msleep()睡眠指定的ms后重新进入就绪队列，这些长延迟仅适用于进程上下文，在中断上下文中不能睡眠也不能长时间busy-waiting。
内核提供了timer API来在一定时间后执行某个函数：
#include <linux/timer.h>
struct timer_list my_timer;
init_timer(&my_timer); /* Also see setup_timer() */
my_timer.expire = jiffies + n*HZ; /* n is the timeout in number
of seconds */
my_timer.function = timer_func; /* Function to execute
after n seconds */
my_timer.data = func_parameter; /* Parameter to be passed
to timer_func */
add_timer(&my_timer); /* Start the timer */
如果您想周期性执行上述代码，那么把它们加入timer_func()函数。您使用mod_timer()来改变my_timer的超时值，del_timer()来删掉my_timer，用timer_pending()查看是否my_timer处于挂起状态。
用户空间函数clock_settime()和clock_gettime()用于获取内核时钟服务。用户应用程序使用setitimer()和getitimer()来控制alarm信号的传递当指定超时发生后。
7.Short Delays
前面讨论的sleep-wait不适用，只能用busy-wait方法。内核用于short delay的有mdelay()、udelay()、ndelay()。
Busy-waiting对于short durations的实现是通过衡量处理器执行一条指令和必要数量的反复loop来实现的，根据loops_per_jiffy实现。
Pentium Time Stamp Counter
Time Stamp Counter(TSC)是一个64位寄存器，仅出现在奔腾兼容机上，记录了自启动后处理器消耗的clock cycles数目。TSC是以processor cycle速率增长的，使用rdtsc()读取，提供微秒级的精确度。TSC ticks可以通过除以CPU时钟速率来转换成秒数，这可以从cpu_khz读取。
unsigned long low_tsc_ticks0, high_tsc_ticks0;
unsigned long low_tsc_ticks1, high_tsc_ticks1;
unsigned long exec_time;
rdtsc(low_tsc_ticks0, high_tsc_ticks0); /* Timestamp
before */
printk("Hello World/n"); /* Code to be
profiled */
rdtsc(low_tsc_ticks1, high_tsc_ticks1); /* Timestamp after */
exec_time = low_tsc_ticks1 - low_tsc_ticks0;
从核2.6.21已经提供high-resolution timers(CONFIG_HIGH_RES_TIMERS)，它利用硬件相关高速时钟来提供高精确度的功能函数如nanosleep()。奔腾机上使用 TSC实现该功能。
8.Real Time Clock
RTC时钟track绝对时间，记录在非易失性存储器中。RTC电池常超过computer生存期。可以用RTC完成以下功能：（1）、读或设置绝对时钟，并在clock updates时产生中断；（2）以2HZ到8192HZ来产生周期性中断；（3）设置alarms。
jiffies仅是相对于系统启动的相对时间，如果想获取absolute time或wall time，则需要使用RTC，内核用变量xtime来记录，当系统启动时，读取RTC并记录在xtime中，当系统halt时，则将wall time写回RTC，函数do_gettimeofday()来读取wall time。
#include <linux/time.h>
static struct timeval curr_time;
do_gettimeofday(&curr_time);
my_timestamp = cpu_to_le32(curr_time.tv_sec); /* Record timestamp */
用户空间获取wall time的函数：time()返回calendar time或从00：00：00 on January 1，1970的秒数；（2）localtime()：返回calendar time in broken-down format；（3）mktime()：与 localtime()相反；（4）gettimeofday()以microsecond 精确度返回calendar时间（需硬件支持）
另外一个获取RTC的方法是通过字符设备/dev/rtc，一个时刻仅允许一个处理器访问它。