对 jiffies 溢出、回绕及 time_after 宏的理解

小默原创，转载请保留原文链接：http://blog.csdn.net/wshjldaxiong/article/details/8439518

最近在慢慢的啃着 Linux 内核的相关源码，读到 jiffies 这里，这个东西和 windows 下 GetTickCount 获得的值是类似的，就是系统启动以来所经历的 tick 数（windows 下是一毫秒一 tick），神马 timeout、delay、sleep 之类的东西还有进程的调度等，凡是与时间有关的东西大多依赖于它。以前看书的时候总是读到类似这样的内容：这个值一般是32位的，会在0到2^32之间循环，约49.71天。

那时还很天真的想，自己一般一天关机一次，想来是够用了，现在再看，够用个毛啊，一年到头不关机的机器多的是啊。想来那些写操作系统的大牛是不会留下这么二的 BUG 的，果然，今天研究到了这里，在 Linux 内核中使用了一个这样的宏来解决这个问题：

#define time_after(a,b)\
(typecheck(unsigned long,a) &&\
typecheck(unsigned long,b) &&\
((long)(b)-(long)(a)<0) // 当 a 在 b 的后面(大于等于)，此宏为真

time_after(jiffies,timeout); 
// 如果这样用的话，则此宏超时前为假、超时后为真，理想情况下等效于 jiffies > timeout 的结果

将无符号数转成有符号数计算，的确是可以解决自加溢出的问题，以 char 为例，unsigned char 的 255 比 0 大，但是转成 signed char 之后其值为 -1 比 0 小，于是 -1, 0, 1 ... 就形成了连续性的递增关系，解决了溢出时的问题（这里不明白的同学请随便找一本C语言书看看补码、反码那一块）。

结合程序来看，假设我需要设置一个 5 tick 的延时，那么 timeout = jiffies + 5；如果运气不好，恰巧这个时候 jiffies 等于254，那么 timeout  等于 254 + 5 = 3，若没有使用宏而直接判断 jiffies > timeout ，那么结果就不对了，本来在 5 个 tick 内 jiffies 都应该小于 timeout 才对的，但 254 直接就大于 3，于是延时失败了。而使用宏的话 254 当做 -2 ，于是 5 个 tick 过后它才会大于 3，符合预期。

但我写到这里，上面的内容基本上等同于废话 ^@^ ，因为那些并不是我读到这个部分源码时所纠结的问题，我纠结的是，当 jiffies 从 127 加到 128 ，由正数转为负数的回绕产生时，time_after 是如何保证比较的结果的正确性的？为此，我自己写了个简化版的宏来做试验：

#define time_after(a,b) ((char)(b)-(char)(a)<0) 
//这个宏在 VC 下是不对的，后面解释

经过一番研究以及阅读别人的帖子，我终于了解了它的原理，在此与大家分享，希望能够对他人有所帮助。

我们假设当前的 jiffies 值为 127 其 5 个 tick 之后的值为 132 ，以有符号来解释该数据则 timeout = -124，那么 jiffies(127) 如何可能会小于 timeout(-124) 呢？timeout - jiffies >= 0 (未超时)又是怎么成立的呢？请听下回分解！

别砸显示器，开个玩笑。-124 - 127 = -251 是负数，貌似条件无法成立了，但它就能成立，因为 -251 在内存里的存储是 0xFF05，它超出了一个 byte 的范围，于是将其高位截去剩下 0x05，它是正数，于是 timeout - jiffies >= 0 就成立了，坑爹啊！！！

但这个写法有一个小小的缺点，就是延时 tick 不能大于 127，否则计算就不正确了，换成 32 位的情况就是延时 tick 不能大于 2^31-1 想来也没有哪个程序会一次性 delay 25 天吧，所以这一套宏便能够胜任了。

我在 VC 的环境下测试的这个宏的char版本时，结果怎么都不对，原因是在于其运算的隐式转换规则，它得出结果后并没有将数据截去高位，而是升级成了 int 型，于是负号被保留了下来，判断出错。改为如下即可：

#define time_after(a,b) ((char)((char)(b)-(char)(a))<0)