[Timer学习]wall time和monotonic time
https://blog.csdn.net/aganlengzi/article/details/21888351
article 1
在一些系统调用中需要指定时间是用CLOCK_MONOTONIC还是CLOCK_REALTIME，以前总是搞不太清楚它们之间的差别，现在终于有所理解了。
CLOCK_MONOTONIC是monotonic time，而CLOCK_REALTIME是wall time。
monotonic
time字面意思是单调时间，实际上它指的是系统启动以后流逝的时间，这是由变量jiffies来记录的。系统每次启动时jiffies初始化为0，每来一个timer
interrupt，jiffies加1，也就是说它代表系统启动后流逝的tick数。jiffies一定是单调递增的，因为时间不够逆嘛！
wall
time字面意思是挂钟时间，实际上就是指的是现实的时间，这是由变量xtime来记录的。系统每次启动时将CMOS上的RTC时间读入xtime，这个值是"自1970-01-01起经历的秒数、本秒中经历的纳秒数"，每来一个timer
interrupt，也需要去更新xtime。
以前我一直想不明白，既然每个timer
interrupt，jiffies和xtime都要更新，那么不都是单调递增的吗？那它们之间使用时有什么区别呢？昨天看到一篇文章，终于明白了，wall
time不一定是单调递增的。因为wall time是指现实中的实际时间，如果系统要与网络中某个节点时间同步、或者由系统管理员觉得这个wall
time与现实时间不一致，有可能任意的改变这个wall
time。最简单的例子是，我们用户可以去任意修改系统时间，这个被修改的时间应该就是wall
time，即xtime，它甚至可以被写入RTC而永久保存。一些应用软件可能就是用到了这个wall
time，比如以前用vmware
workstation，一启动提示试用期已过，但是只要把系统时间调整一下提前一年，再启动就不会有提示了，这很可能就是因为它启动时用gettimeofday去读wall
time，然后判断是否过期，只要将wall time改一下，就可以欺骗过去了。
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articale 2
Clock_realtime
CLOCK_MONOTONIC
函数的原型如下：
clockid_tclk_id用于指定计时时钟的类型，对于我们Programmr以下三种比较常用：
time_t tv_sec; /* seconds */
long tv_nsec; /* nanoseconds */
};
- 代码
- #include <iostream>
- #include <time.h>
- using namespace std;
- timespec diff(timespec start, timespec end);
- int main()
- {
- timespec time1, time2;
- int temp;
- clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &time1);
- for (int i = 0; i< 242000000; i++)
- temp+=temp;
- clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &time2);
- cout<<diff(time1,time2).tv_sec<<":"<<diff(time1,time2).tv_nsec<<endl;
- return 0;
- }
- timespec diff(timespec start, timespec end)
- {
- timespec temp;
- if ((end.tv_nsec-start.tv_nsec)<0) {
- temp.tv_sec = end.tv_sec-start.tv_sec-1;
- temp.tv_nsec = 1000000000+end.tv_nsec-start.tv_nsec;
- } else {
- temp.tv_sec = end.tv_sec-start.tv_sec;
- temp.tv_nsec = end.tv_nsec-start.tv_nsec;
- }
- return temp;
- }
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article 3
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：
点击(此处)折叠或打开
- notrace static noinline
int do_monotonic(struct timespec
*ts)
- {
- unsigned long seq, ns, secs;
- do
{
- seq = read_seqbegin(>od->lock);
- secs = gtod->wall_time_sec;
- ns = gtod->wall_time_nsec
+ vgetns();
- secs += gtod->wall_to_monotonic.tv_sec;
- ns += gtod->wall_to_monotonic.tv_nsec;
- }
while
(unlikely(read_seqretry(>od->lock,
seq)));
- /* wall_time_nsec,
vgetns(),
and wall_to_monotonic.tv_nsec
- * are all guaranteed
to be nonnegative.
- */
- while
(ns
>= NSEC_PER_SEC)
{
- ns -= NSEC_PER_SEC;
- ++secs;
- }
- ts->tv_sec
= secs;
- ts->tv_nsec
= ns;
- return 0;
- }
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
点击(此处)折叠或打开
- struct k_clock clock_monotonic_raw
= {
- .clock_getres
= hrtimer_get_res,
- .clock_get
= posix_get_monotonic_raw,
- };
- posix_timers_register_clock(CLOCK_MONOTONIC_RAW,
&clock_monotonic_raw);
- /*
- * Get monotonic-raw
time for posix timers
- */
- static int posix_get_monotonic_raw(clockid_t which_clock, struct timespec
*tp)
- {
- getrawmonotonic(tp);
- return 0;
- }
- /**
- * getrawmonotonic
- Returns the raw monotonic time
in a timespec
- * @ts: pointer
to the timespec to be
set
- *
- * Returns the raw monotonic
time (completely un-modified by ntp)
- */
- void getrawmonotonic(struct timespec
*ts)
- {
- unsigned long seq;
- s64 nsecs;
- do {
- seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
- nsecs = timekeeping_get_ns_raw();
- *ts
= raw_time;
- } while
(read_seqretry(&xtime_lock, seq));
- timespec_add_ns(ts, nsecs);
- }
- EXPORT_SYMBOL(getrawmonotonic);
- static inline s64 timekeeping_get_ns_raw(void)
- {
- cycle_t cycle_now, cycle_delta;
- struct clocksource *clock;
- /* read clocksource:
*/
- clock = timekeeper.clock;
- cycle_now = clock->read(clock);
- /* calculate the delta since the last update_wall_time:
*/
- cycle_delta =
(cycle_now - clock->cycle_last)
& clock->mask;
- /* return delta convert
to nanoseconds using ntp adjusted mult.
*/
- return clocksource_cyc2ns(cycle_delta, clock->mult, clock->shift);
- }
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！
