Linux 内核宏 time_after解析

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可能很多老鸟对这样的Linux 内核宏已经见惯不怪了，但是作为新手的Linux内核开发者，我觉得非常有必要了解其中的原理和作用。

jiffies 这个想必大家已经非常熟悉，jiffies表示的是当前的系统时钟节拍总数，它统计的是从开机到现在的系统时间节拍。

既然说到时钟节拍，那就不能不说HZ，这个是系统的节拍，每个体系结构系统的节拍都不一样，内核中通常的节拍数都不同，是 100,200,1000等，根据不同的体系结构来设定，节拍数可以理解为心跳，jiffies 可以理解为从出生到现在你系统产生了多少次心跳。

/* * 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))

看注释，就是如果 a 的时间在 b 的时间之后，就返回true，也可以理解为产生b的时间段超时后，就返回true。

然后我们看看在内核代码里面是如何使用这个宏的？

timeout =2; timeout += jiffies; do { if (time_after(jiffies, timeout)) { /* drive timed-out */ return 1; } /* give drive a breather */ msleep(50); } while ((hwif->INB(hd_status)) & BUSY_STAT);

我随便拿了一个代码来举例，这个是在驱动里面的一个代码，如果这个驱动代码产生了超时，就返回true,函数就返回，可以理解为注册驱动产生了超时时间后，while里面的判断还是真。

我们看这个宏实现的原理

如果

b = 100; （超时时间）

a = 55;     (当前时间)

正常的时候

(long)b - (long)a > 0 表示没有产生超时

如果

a = 101时

(long)b - (long)a = 100 - 101 = -1 < 0 表示时间超时

但是我们正常不会这样使用，我们会利用HZ参数来一起使用

比如，我要设置2秒后超时，那么timeout可以这样设置

timeout = 2*HZ; timeout += jiffies; if(time_after(jiffies,timeout)){ //do somethings }

但是前面有一个typecheck(unsigned long) 后面比较的时候又强制转变为long，这个有什么玄机呢？

这个主要是解决jiffies回绕的问题

我们知道unsigned long 的最大值是 2^64 -1 = 18446744073709551615 （64位系统）

                       

假设time_after的宏定义如下

#define time_after(a,b) \ (typecheck(unsigned long, a) && \ typecheck(unsigned long, b) && \ ((unsigned long)(b) - (unsigned long)(a) < 0)) //jiffies = 18446744073709550615 timeout = 2*HZ; timeout += jiffies; //do something if(time_after(jiffies,timeout)){  //这时候，jiffies 已经回绕为 0，timeout还是一个很大的值，这时候就会出现问题了，jiffies需要重新计数很久很久才可能再回到和timeout比较的一个量级。    //do something }

但是如果上面的宏，被强制转换成long 有符号数呢？

signed long 的范围是 [-9223372036854775808, 9223372036854775807]

#define time_after(a,b) \ (typecheck(unsigned long, a) && \ typecheck(unsigned long, b) && \ ((long)(b) - (long)(a) < 0))        jiffies = 18446744073709550615; timeout =2*HZ; timeout += jiffies;       //do something       if(time_after(jiffies,timeout)){  //这时候，jiffies 已经回绕为 0，timeout 还是一个很大       的值，转成有符号的long是 -801，这时候timeout - jiffies = -801 < 0是成立的。           //do something       }

我们看注释里面也写着，这个宏是非常强壮的，但是这个也有一个弊端的时候，就是timeout的时间超出了unsigned long /2 的范围，就会出现问题 ，但是unsigned long/2 表示多长的时间呢？我们计算一下

18446744073709551615 /HZ(200)/60/60/24 = 533759955836/2 = 266879977918(天)

没有谁把超时时间设置到这么久吧，所以说这个宏是足够你使用的了。

可能很多人不明白为什么timeout设置太长会出现问题，我们可以列举一下

#define time_after(a,b) \ (typecheck(unsigned long, a) && \ typecheck(unsigned long, b) && \ ((long)(b) - (long)(a) < 0)) jiffies = 18446744073709551615/2; printf("%lld\n",(long)(jiffies)); timeout = 18446744073709551615/2; timeout += jiffies;        jiffies += 202; printf("jiffies=%ld,timeout=%ld, time_after(a,a+b)=%d\n",(long)jiffies, (long)timeout, time_after(jiffies,timeout));       //输出结果如下       9223372036854775807       jiffies=-9223372036854775607,timeout=-2, time_after(a,a+b)=0 请读者自行验证 jiffies =0 timeout = 18446744073709551615/2 的情况

看到最后返回的是  0 ，不是 1 

原因很简单，因为timeout回绕变成了在 0附近的值（可以回去看那个图片加深理解），然后jiffies是一个负数很大的值，相减就出现问题了。

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