我们在程序中会频繁地取当前时间，例如处理一个http请求时，两次调用gettimeofday取差值计算出处理该请求消耗了多少秒。这样的调用无处不在，所以我们有必要详细了解下，gettimeofday这个函数做了些什么？内核1ms一次的时钟中断处理真的可以支持tv_usec字段达到微秒精度吗？它的调用成本在i386/x86_64体系架构上代价一样吗？如果在系统繁忙时，频繁的调用它有问题吗？
gettimeofday是C库提供的函数（不是系统调用），它封装了内核里的sys_gettimeofday系统调用，就是说，归根到底是系统调用。
但是，内核对于x86_64体系结构下，除了普通的系统调用外，还提供了sysenter和vsyscall方式来获取内核态的数据。目前我们使用的操作系统大都是x86_64体系的，如果我们用strace命令跟踪，就会发现gettimeofday命令实际上没有执行系统调用（i386体系会有），这是因为：x86_64体系上，使用vsyscall实现了gettimeofday这个系统调用。具体就是，创建了一个共享的内存页面，它是在内核态的，它的数据由内核来维护，但是，用户态也有权限访问这个内核页面，由此，不通过中断gettimeofday也就拿到了系统时间。
接下来，我来详细回答以上4个问题。
一、gettimeofday做了些什么？
它把内核保存的墙上时间和jiffies综合处理后返回给用户。解释下墙上时间和jiffies是什么：1、墙上时间就是实际时间（1970/1/1号以来的时间），它是由我们主板电池供电的（装过PC机的同学都了解）RTC单元存储的，这样即使机器断电了时间也不用重设。当操作系统启动时，会用这个RTC来初始化墙上时间，接着，内核会在一定精度内根据jiffies维护这个墙上时间。2、jiffies就是操作系统启动后经过的时间，它的单位是节拍数。有些体系架构，1个节拍数是10ms，但我们常用的x86体系下，1个节拍数是1ms。也就是说，jiffies这个全局变量存储了操作系统启动以来共经历了多少毫秒。我们来看看gettimeofday是如何做的。首先它调用了sys_gettimeofday系统调用。
- asmlinkage long sys_gettimeofday(struct timeval __user *tv, struct timezone __user *tz)
- {
- if (likely(tv != NULL)) {
- struct timeval ktv;
- do_gettimeofday(&ktv);
- if (copy_to_user(tv, &ktv, sizeof(ktv)))
- return -EFAULT;
- }
- if (unlikely(tz != NULL)) {
- if (copy_to_user(tz, &sys_tz, sizeof(sys_tz)))
- return -EFAULT;
- }
- return 0;
- }
大家看到，它调用do_gettimeofday函数取到当前时间存储到局部变量ktv上，www.linuxidc.com 然后调用copy_to_user把结果复制到用户空间。每个体系都有自己的实现，我这里就简单列下x86_64体系下do_gettimeofday的实现：
- void do_gettimeofday(struct timeval *tv)
- {
- unsigned long seq, t;
- unsigned int sec, usec;
-
- do {
- seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
-
- sec = xtime.tv_sec;
- usec = xtime.tv_nsec / 1000;
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- t = (jiffies - wall_jiffies) * (1000000L / HZ) +
- do_gettimeoffset();
- usec += t;
-
- } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
-
- tv->tv_sec = sec + usec / 1000000;
- tv->tv_usec = usec % 1000000;
- }
大家看到，只是把xtime加以jiffies修正后返回给用户而已。而xtime变量和jiffies的维护更新频率，就决定了时间精度，上面说了，每10或者1ms才处理一次时钟中断，难道精度只到1ms吗？继续往下看。
二、内核1ms一次的时钟中断真的可以支持tv_usec字段达到微秒精度吗？
可以，因为这个时间还会由High Precision Event Timer来维护，这个模块会处理微秒级的中断，并更新xtime和jiffies变量。我们看下x86_64体系结构下的维护代码：
- static struct irqaction irq0 = {
- timer_interrupt, SA_INTERRUPT, CPU_MASK_NONE, "timer", NULL, NULL
- };
这个timer_interrupt函数会处理HPET时间中断，来更新xtime变量。
三、它的调用成本在所有的操作系统上代价一样吗？如果在系统繁忙时，1毫秒内调用多次有问题吗？
最上面已经说了，对于x86_64系统来说，这是个虚拟系统调用vsyscall！所以，这里它不用发送中断！速度很快，成本低，调用一次的成本大概不到一微秒！
对于i386体系来说，这就是系统调用了！最简单的系统调用都有无法避免的成本：陷入内核态。当我们调用gettimeofday时，将会向内核发送软中断，然后将陷入内核态，这时内核至少要做下列事：处理软中断、保存所有寄存器值、从用户态复制函数参数到内核态、执行、将结果复制到用户态。这些成本至少在1微秒以上！
四、关于jiffies值得一提的两点
先看看它的定义：
- volatile unsigned long __jiffies;
只谈两点。
1、它用了一个C语言里比较罕见的关键字volatile，这个关键字用于解决并发问题。C语言编译器很喜欢做优化的，它不清楚某个变量可能会被并发的修改，例如上面的jiffies变量首先是0，如果首先一个CPU修改了它的值为1，紧接着另一个CPU在读它的值，例如 __jiffies = 0; while (__jiffies == 1)，那么在内核的C代码中，如果不加volatile字段，那么第二个CPU里的循环体可能不会被执行到，因为C编译器在对代码做优化时，生成的汇编代码不一定每次都会去读内存！它会根据代码把变量__jiffies设为0，并一直使用下去！www.linuxidc.com 而加了volatile字段后，就会要求编译器，每次使用到__jiffies时，都要到内存里真实的读取这个值。
2、它的类型是unsigned long，在32位系统中，最大值也只有43亿不到，从系统启动后49天就到达最大值了，之后就会清0重新开始。那么jiffies达到最大值时的回转问题是怎么解决的呢？或者换句话说，我们需要保证当jiffies回转为一个小的正数时，例如1，要比几十秒毫秒前的大正数大，例如4294967290，要达到jiffies(1)>jiffies(4294967290)这种效果。
内核是通过定义了两个宏来解决的：
- #define time_after(a,b) \
- (typecheck(unsigned long, a) && \
- typecheck(unsigned long, b) && \
- ((long)(b) - (long)(a) < 0))
- #define time_before(a,b) time_after(b,a)
很巧妙的设计！仅仅把unsigned long转为long类型后相减比较，就达到了jiffies(1)>jiffies(4294967290)效果，简单的解决了jiffies的回转问题。
