jiffies的回绕问题

什么是jiffies

          在Linux内核中有一个全局变量jiffies，这个变量被定义在文件中。这个全局变量是被用来记录系统启动以来产生的节拍的总数。在内核启动的时候，内核将这个变量初始化为0.此后，每次时钟中断时，这个值就会增加1.而每一秒内要中断的次数是HZ。所以系统的运行时间是jiffies/HZ。

回绕问题的产生

   在Linux系统中，对jiffies有不同的声明。

#define __jiffy_data  __attribute__((section(".data")))
/*
 * The 64-bit value is not atomic - you MUST NOT read it
 * without sampling the sequence number in jiffies_lock.
 * get_jiffies_64() will do this for you as appropriate.
 */
extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;

           对于32位机器使用的声明是unsigned long volatile __jiffy_data jiffies，这个变量unisigned long，是一个32位的无符号数。而对于64位机器是无符号的64位无符号数。由于jiffies在使用中用的最多的是存放流失的时间，所以只关心底32位。如果要得到jiffies_64可以通过函数：

u64 get_jiffies_64(void);

           在64位机器中，jiffies只会访问jiffies_64的低32位地址空间。

jiffies的回绕问题

         由于jiffies变量是可能发生溢出的，对于32位无符号长整型来说它的最大值为2^32 - 1，所以jiffies的最大值也就是4294967295.如果这个值再增加的话就会回到0然后一次增加。

    如果单纯的比较大小是不准确的，如下面代码：

unisgned long timeout = jiffies + HZ/2; /*0.5秒后超时*/
/*执行任务*/
/*查看时间是否超过*/
if (jiffies < timeout){
            /*没有超时*/
} else {
           /*超时了*/
}

jiffies回绕问题的解决方法

    对于jiffies的回绕问题，Linux内核是通过4个宏定义来解决的：

#define time_after(a,b)        \
    (typecheck(unsigned long, a) && \
     typecheck(unsigned long, b) && \
     ((long)((b) - (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) - (b)) >= 0))
#define time_before_eq(a,b)    time_after_eq(b,a)

    如果现在将代码修改成下面这样：

unisgned long timeout = jiffies + HZ/2; /*0.5秒后超时*/
/*执行任务*/
/*查看时间是否超过*/
if (time_before(jiffies , timeout){
            /*没有超时*/
} else {
           /*超时了*/
}

          现在就不可能再次产生回绕了，在看上面的宏时我们会发现里面是用的long，而不是声明时的unsigned long。这一步就是不会产生回绕的关键步骤。原因如下:

    我们都知道long是有符号的数据，它的正数范围是[0-0x7FFFFFFF]，负数是:[0x80000000-0xFFFFFFFF]之间。

（1）如果a和b都是在正数范围，也就是0~0x7FFFFFFF之间的话，并且a > b，这时，(long)((b) - (a)) 是小于0的。

（2）如果a和b都是负数范围，a本来是大于b，但是在负数中是a小于b，所以就出现了(long)((b) - (a))还是小于0。

（3）如果a在[0-0x7FFFFFFF]，而b在[0x80000000-0xFFFFFFFF]，这时(long)((b) - (a))还是小于0。

（4）如果a在[0x80000000-0xFFFFFFFF]，a在[0-0x7FFFFFFF]之间。这时(long)((b) - (a))还是会小于0。

    通过上面的time_before或者是time_after都是可以绕开jiffies绕回问题的。