Linux系統下的單調時間函數

1、編寫linux下應用程序的時候，有時候會用到高精度相對時間的概念，好比間隔100ms。那麼應該使用哪一個時間函數更準確呢？
    一、time
        該函數返回的是自1970年以來的秒數，顯然精度不夠，不能使用
    二、gettimeofday
        該函數返回的是自1970年以來的秒數和微秒數，精度顯然是夠了。我想有不少程序員也是用的這個函數來計算相對時間的，若是說系統時間由於ntp等緣由發生時間跳變，那麼用這個函數來計算相對時間是否是就會出問題了。因此說這個函數也不能使用
    三、clock_gettime
        該函數提供了4種類型CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC、CLOCK_PROCESS_CPUTIMEID、CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID。從字面意思能夠判斷出來，CLOCK_MONOTONIC提供了單調遞增的時間戳，該函數返回值爲自系統啓動後秒數和納秒數，可是該函數沒有考慮ntp的狀況，因此並非絕對意義上的單調遞增（見二）。
CLOCK_REALTIME is affected by settime()/settimeofday() calls and can also be frequency corrected by NTP via adjtimex().
CLOCK_MONOTONIC is not affected by settime()/settimeofday(), but is frequency adjusted by NTP via adjtimex().With Linux,NTP normally uses settimeofday() for large corrections (over half a second). The adjtimex() inteface allows for small clock frequency changes (slewing). This can be done in a few different ways, see the man page for adjtimex.

CLOCK_MONOTONIC_RAW that will not be modified at all, and will have a linear correlation with the hardware counters.
    四、syscall(SYS_clock_gettime, CLOCK_MONOTONIC_RAW, &monotonic_time)
        該函數提供了真正意義上的單調遞增時間（見三）

2、glibc 中clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)的原理
    查看glibc的代碼能夠看到這個數值是由內核計算的。

    __vdso_clock_gettime-------->do_monotonic
    這個函數的實現以下：
    

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1. notrace static noinline int do_monotonic(struct timespec *ts)
   

2. {
   

3.         unsigned long seq, ns, secs;
   

4.         do {
   

5.                 seq = read_seqbegin(&gtod->lock);
   

6.                 secs = gtod->wall_time_sec;
   

7.                 ns = gtod->wall_time_nsec + vgetns();
   

8.                 secs += gtod->wall_to_monotonic.tv_sec;
   

9.                 ns += gtod->wall_to_monotonic.tv_nsec;
   

10.         } while (unlikely(read_seqretry(&gtod->lock, seq)));
    

11. 
    

12.         /* wall_time_nsec, vgetns(), and wall_to_monotonic.tv_nsec
    

13.          * are all guaranteed to be nonnegative.
    

14.          */
    

15.         while (ns >= NSEC_PER_SEC) {
    

16.                 ns -= NSEC_PER_SEC;
    

17.                 ++secs;
    

18.         } 
    

19.         ts->tv_sec = secs;
    

20.         ts->tv_nsec = ns; 
    

21. 
    

22.         return 0;
    

23. }

這個代碼讀取牆上時間，而後加上相對於單調時間的便宜，從而獲得單調時間，可是這裏並無考慮ntp經過adjtimex()調整小的時間誤差的狀況，因此這個仍然不是絕對的單調遞增。
3、內核clock_gettime系統調用
    在kernel/posix-timers.c中內核實現了clock_gettime的系統調用，包括CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC、CLOCK_MONOTONIC_RAW、CLOCK_REALTIME_COARSE、CLOCK_MONOTONIC_COARSE、CLOCK_BOOTTIME等類型，這裏咱們看一下CLOCK_MONOTONIC_RAW的實現
    

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1. struct k_clock clock_monotonic_raw = {
   

2.                 .clock_getres = hrtimer_get_res,
   

3.                 .clock_get = posix_get_monotonic_raw,
   

4.         };
   

5. 
   

6. 
   

7. posix_timers_register_clock(CLOCK_MONOTONIC_RAW, &clock_monotonic_raw);
   

8. 
   

9. 
   

10. 
    

11. /*
    

12.  * Get monotonic-raw time for posix timers
    

13.  */
    

14. static int posix_get_monotonic_raw(clockid_t which_clock, struct timespec *tp)
    

15. {
    

16.         getrawmonotonic(tp);
    

17.         return 0;
    

18. }
    

19. 
    

20. 
    

21. /**
    

22.  * getrawmonotonic - Returns the raw monotonic time in a timespec
    

23.  * @ts : pointer to the timespec to be set
    

24.  *
    

25.  * Returns the raw monotonic time (completely un-modified by ntp)
    

26.  */
    

27. void getrawmonotonic(struct timespec *ts)
    

28. {
    

29.         unsigned long seq;
    

30.         s64 nsecs;
    

31. 
    

32.         do {
    

33.                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
    

34.                 nsecs = timekeeping_get_ns_raw();
    

35.                 *ts = raw_time;
    

36. 
    

37.         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
    

38. 
    

39.         timespec_add_ns(ts, nsecs);
    

40. }
    

41. EXPORT_SYMBOL(getrawmonotonic);
    

42. 
    

43. 
    

44. static inline s64 timekeeping_get_ns_raw(void)
    

45. {
    

46.         cycle_t cycle_now, cycle_delta;
    

47.         struct clocksource *clock;
    

48. 
    

49.         /* read clocksource: */
    

50.         clock = timekeeper.clock;
    

51.         cycle_now = clock->read(clock);
    

52. 
    

53.         /* calculate the delta since the last update_wall_time: */
    

54.         cycle_delta = (cycle_now - clock->cycle_last) & clock->mask;
    

55. 
    

56.         /* return delta convert to nanoseconds using ntp adjusted mult. */
    

57.         return clocksource_cyc2ns(cycle_delta, clock->mult, clock->shift);
    

58. }

4、關於wall time和monotonic time
     wall time：xtime，取決於用於對xtime計時的clocksource，它的精度甚至能夠達到納秒級別，內核大部分時間都是使用xtime來得到當前時間信息，xtime記錄的是自1970年當前時刻所經歷的納秒數。

    monotonic time: 該時間自系統開機後就一直單調地增長（ntp adjtimex會影響其單調性），它不像xtime能夠因用戶的調整時間而產生跳變，不過該時間不計算系統休眠的時間，也就是說，系統休眠時（total_sleep_time)，monotoic時間不會遞增。

    raw monotonic time: 該時間與monotonic時間相似，也是單調遞增的時間，惟一的不一樣是，raw monotonic time不會受到NTP時間調整的影響，它表明着系統獨立時鐘硬件對時間的統計。
    boot time:  與monotonic時間相同，不過會累加上系統休眠的時間(total_sleep_time)，它表明着系統上電後的總時間。5、總結    在linux下獲取高精度單調遞增的時間，只能使用syscall(SYS_clock_gettime, CLOCK_MONOTONIC_RAW, &monotonic_time)獲取！