linux 单调时间实现原理,Linux系统下的单调时间函数_半夏256的博客-CSDN博客
一、编写linux下应用程序的时候，有时候会用到高精度相对时间的概念，比如间隔100ms。那么应该使用哪个时间函数更准确呢？
1、time
该函数返回的是自1970年以来的秒数，显然精度不够，不能使用
2、gettimeofday
该函数返回的是自1970年以来的秒数和微秒数，精度显然是够了。我想有很多程序员也是用的这个函数来计算相对时间的，如果说系统时间因为ntp等原因发生时间跳变，
那
么用这个函数来计算相对时间是不是就会出问题了。所以说这个函数也不能使用
3、clock_gettime
该函数提供了4种类型CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC、CLOCK_PROCESS_CPUTIMEID、CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID。从字面意思可以判断出来，
CLOCK_MONOTONIC提供了单调递增的时间戳，该函数返回值为自系统启动后秒数和纳秒数，但是该函数没有考虑ntp的情况，所以并不是绝对意义上的单调递增(见二)。
CLOCK_REALTIME is affected by settime()/settimeofday() calls and can also be frequency corrected by NTP via adjtimex().
CLOCK_MONOTONIC is not affected by settime()/settimeofday(), but is frequency adjusted by NTP via adjtimex().With Linux,NTP normally uses settimeofday() for large corrections (over half a second). The adjtimex() inteface allows for small clock frequency changes (slewing). This can be done in a few different ways, see the man page for adjtimex.
CLOCK_MONOTONIC_RAW that will not be modified at all, and will have a linear correlation with the hardware counters.
4、syscall(SYS_clock_gettime, CLOCK_MONOTONIC_RAW, &monotonic_time)
该函数提供了真正意义上的单调递增时间(见三)
二、glibc 中clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)的原理 查看glibc的代码可以看到这个数值是由内核计算的。 __vdso_clock_gettime-------->do_monotonic 这个函数的实现如下：
notrace static noinline int do_monotonic(struct timespec *ts)
1 { 2 3 unsigned long seq, ns, secs; 4 5 do { 6 7 seq = read_seqbegin(>od->lock); 8 9 secs = gtod->wall_time_sec; 10 11 ns = gtod->wall_time_nsec + vgetns(); 12 13 secs += gtod->wall_to_monotonic.tv_sec; 14 15 ns += gtod->wall_to_monotonic.tv_nsec; 16 17 } while (unlikely(read_seqretry(>od->lock, seq))); 18 19 20 21 /* wall_time_nsec, vgetns(), and wall_to_monotonic.tv_nsec 22 23 * are all guaranteed to be nonnegative. 24 25 */ 26 27 while (ns >= NSEC_PER_SEC) { 28 29 ns -= NSEC_PER_SEC; 30 31 ++secs; 32 33 18. } 34 35 19. ts->tv_sec = secs; 36 37 20. ts->tv_nsec = ns; 38 39 21. 40 41 22. return 0; 42 43 23. }
这个代码读取墙上时间，然后加上相对于单调时间的便宜，从而得到单调时间，但是这里并没有考虑ntp通过adjtimex()调整小的时间偏差的情况，所以这个仍然不是绝对的单调递增
。
三、内核clock_gettime系统调用
在kernel/posix-timers.c中内核实现了clock_gettime的系统调用，包括CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC、CLOCK_MONOTONIC_RAW、CLOCK_REALTIME_COARSE、CLOCK_MONOTONIC_COARSE、CLOCK_BOOTTIME等类型，这里我们看一下CLOCK_MONOTONIC_RAW的实现
1 struct k_clock clock_monotonic_raw = { 2 3 clock_getres = hrtimer_get_res, 4 5 clock_get = posix_get_monotonic_raw, 6 7 }; 8 9 10 posix_timers_register_clock(CLOCK_MONOTONIC_RAW, &clock_monotonic_raw); 11 12 13 /* 14 15 * Get monotonic-raw time for posix timers 16 17 */ 18 19 static int posix_get_monotonic_raw(clockid_t which_clock, struct timespec *tp) 20 21 { 22 23 getrawmonotonic(tp); 24 25 return 0; 26 27 } 28 29 30 31 /** 32 33 * getrawmonotonic - Returns the raw monotonic time in a timespec 34 35 * @ts: pointer to the timespec to be set 36 37 * 38 39 * Returns the raw monotonic time (completely un-modified by ntp) 40 41 */ 42 43 void getrawmonotonic(struct timespec *ts) 44 45 { 46 47 unsigned long seq; 48 49 s64 nsecs; 50 51 52 53 do { 54 55 seq = read_seqbegin(&xtime_lock); 56 57 nsecs = timekeeping_get_ns_raw(); 58 59 *ts = raw_time; 60 61 62 63 } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq)); 64 65 66 timespec_add_ns(ts, nsecs); 67 68 } 69 EXPORT_SYMBOL(getrawmonotonic); 70 71 72 73 static inline s64 timekeeping_get_ns_raw(void) 74 75 { 76 77 cycle_t cycle_now, cycle_delta; 78 79 struct clocksource *clock; 80 81 /* read clocksource: */ 82 83 clock = timekeeper.clock; 84 85 cycle_now = clock->read(clock); 86 87 88 89 /* calculate the delta since the last update_wall_time: */ 90 91 cycle_delta = (cycle_now - clock->cycle_last) & clock->mask; 92 93 94 95 /* return delta convert to nanoseconds using ntp adjusted mult. */ 96 97 return clocksource_cyc2ns(cycle_delta, clock->mult, clock->shift); 98 }
四、关于wall time和monotonic time
wall time：xtime，取决于用于对xtime计时的clocksource，它的精度甚至可以达到纳秒级别，内核大部分时间都是使用xtime来获得当前时间信息，xtime记录的是自1970年当前时刻所经历的纳秒数。
monotonic time: 该时间自系统开机后就一直单调地增加(ntp adjtimex会影响其单调性)，它不像xtime可以因用户的调整时间而产生跳变，不过该时间不计算系统休眠的时间，也就是说，系统休眠时(total_sleep_time)，monotoic时间不会递增。
raw monotonic time: 该时间与monotonic时间类似，也是单调递增的时间，唯一的不同是，raw monotonic time不会受到NTP时间调整的影响，它代表着系统独立时钟硬件对时间的统计。
boot time:与monotonic时间相同，不过会累加上系统休眠的时间(total_sleep_time)，它代表着系统上电后的总时间。
五、总结
在linux下获取高精度单调递增的时间，只能使用syscall(SYS_clock_gettime, CLOCK_MONOTONIC_RAW, &monotonic_time)获取！
在windows的多核环境下获取高精度时间是用：
LARGE_INTEGER counter;
QueryPerformanceCounter( &counter );
return counter.QuadPart;