计算机系统中的计时机制

Question

我在Measure time in Linux - getrusage vs clock_gettime vs clock vs gettimeofday? 上阅读了这个链接，它提供了 C 中可用的计时功能的详细分类

但是，我对操作系统/硬件如何维护不同的“时间”概念感到非常困惑。

这是the Linux man pages的引述，

RTC 不应与系统时钟相混淆，系统时钟是 由内核维护的软件时钟，用于实现 gettimeofday(2) 和 time(2)，以及在文件上设置时间戳， 等等。系统时钟报告秒和微秒，因为 起点，定义为 POSIX Epoch：1970-01-01 00:00:00 +0000 （世界标准时间）。 （一种常见的实现计数定时器中断，每 “jiffy”，频率为 100、250 或 1000 Hz。）也就是说，它是 应该报告挂钟时间，RTC 也这样做。

RTC 和系统时钟之间的主要区别在于 RTC 运行 即使系统处于低功耗状态（包括“关闭”），并且 系统时钟不行。直到它被初始化，系统时钟 只能报告自系统启动以来的时间……而不是自 POSIX Epoch 以来的时间。 所以在启动时，从系统低功耗状态恢复后， 系统时钟通常会设置为当前挂钟时间 使用 RTC。没有 RTC 的系统需要设置系统时钟 使用另一个时钟，可能是通过网络或通过输入 手动数据。

Arch Linux docs 表示启动后 RTC 和系统时钟是独立的。那么我的问题是：

1. 导致系统时钟递增的中断是什么原因？？？
2. 如果挂钟时间 = 使用系统时钟的时间间隔，那么处理时间取决于什么？？
3. 这一切都与CPU频率有关吗？或者这是一个完全正交的计时业务

Answer 1

在 Linux 上，从应用程序的角度来看，time(7) 手册页给出了很好的解释。

Linux 还提供（特定于 Linux 的）timerfd_create(2) 和相关的系统调用。

您不应该关心中断（它们是内核的事务，并且是动态配置的，例如通过应用程序计时器 -timer_create(2)、poll(2) 和许多其他系统调用 - 以及由调度程序） ，但仅与应用程序可见时间相关的系统调用有关。

^{可能，如果某个进程正在制作一个时间很短的计时器，例如10ms，内核会将定时器中断的频率提高到100Hz}

在最近的内核中，您可能需要

CONFIG_HIGH_RES_TIMERS=y
CONFIG_TIMERFD=y
CONFIG_HPET_TIMER=y
CONFIG_PREEMPT=y

内核的.config 文件中的选项。

顺便说一句，您可以每隔 10 秒执行两次 cat /proc/interrupts。在我的笔记本电脑上使用自制的 3.16 内核 - 大部分是空闲进程，但有一个 firefox 浏览器和一个 emacs，我每秒收到 25 个中断。也可以试试cat /proc/timer_list 和cat /proc/timer_stats

同时查看最近（例如 3.16）Linux 内核树的 Documentation/timers/ 目录。

内核可能使用硬件设备，例如 -for PC 笔记本电脑和台式机 - 片上 HPET（或 TSC），它们比旧的 battery saved RTC 计时器要好得多。当然，细节是特定于硬件的。因此，在基于 ARM 的 Linux 系统（例如您的 Android 智能手机）上，情况就不同了。