linux变量的理解，Linux内核中HZtick和jiffies变量

linux变量的理解，Linux内核中HZtick和jiffies变量对于Linux内核空间而言，尽管通常我们很容易知道HZ宏的值，但是在编写驱动程序时，并不能依赖HZ的具体的值，我们始终使用的是HZ这个宏（也就是说，无论HZ的值为多少，HZ这个宏只代表CPU在1s内其定时器中断产生的次数，所以如果我们需要计算20ms的定时，直接去HZ/50即可），通常而言，我们应该完全信任内核开发者，他们已经选择了最适合当前平台的HZ值，所以一直使用默认值就好。如上两图可知，每一种CPU根据其平台的不同和运行频率的不同，其HZ的取值也不同，例如X86架构和PowerPC架构的CPU基本上都是1000。也就意味着，当__KERNEL__和CONFIG_HZ这两个宏定义后，HZ的默认值为200，即表示此平台定时器中断在1s内会产生200次。如果没有定义宏__KERNEL__，HZ的值默认为100。HZ这个值根据用户在系统移植时，可以自定义修改，比如改为1000。如上图所示，笔

一、Linux内核中的HZ

在Linux中，HZ代表1s所产生的定时器中断（timer interrupt）的次数。它被定义在<Linux/param.h>中，其路径为：Linux/include/linux/param.h。或者有些版本的Linux内核由<Linux/param.h>中包含<asm/param.h>，那么HZ就被定义在<asm/param.h>中了，其路径为：linux-3.0.8/arch/arm/include/asm/param.h（笔者使用的Linux内核为3.0.8版本）。

如上图所示，当HZ的取值决定于__KERNEL__和CONFIG_HZ这两个宏，当这两个宏已经定义，那么HZ的值就为CONFIG_HZ，其定义如下：

#define CONFIG_HZ 200

也就意味着，当__KERNEL__和CONFIG_HZ这两个宏定义后，HZ的默认值为200，即表示此平台定时器中断在1s内会产生200次。如果没有定义宏__KERNEL__，HZ的值默认为100。HZ这个值根据用户在系统移植时，可以自定义修改，比如改为1000。

如上图所示，笔者所使用板卡所支持的CONFIG_HZ的值为200。当由.config文件配置时，内核源码中的定义将失效。

下图为在Linux内核顶层目录使用命令：grep "CONFIG_HZ" . -r -n 递归搜索Linux-3.0.8版本内核中关于CONFIG_HZ的定义。

如上两图可知，每一种CPU根据其平台的不同和运行频率的不同，其HZ的取值也不同，例如X86架构和PowerPC架构的CPU基本上都是1000。

对于Linux内核空间而言，尽管通常我们很容易知道HZ宏的值，但是在编写驱动程序时，并不能依赖HZ的具体的值，我们始终使用的是HZ这个宏（也就是说，无论HZ的值为多少，HZ这个宏只代表CPU在1s内其定时器中断产生的次数，所以如果我们需要计算20ms的定时，直接去HZ/50即可），通常而言，我们应该完全信任内核开发者，他们已经选择了最适合当前平台的HZ值，所以一直使用默认值就好。

对于用户空间而言，内核的HZ几乎完全被隐藏了！对于用户程序来说确切的HZ值只能通过 /proc/interrupts 获得：/proc/interrupts 的计数值除以 /proc/uptime 中报告的系统运行时间。如下图为这两个文件的值：

二、Linux内核中的tick

tick意为节拍，是指Linux内核定时器连续两次产生中断（timer Interrupt）的时间间隔，它是HZ中断倒数（实际上HZ也成为节拍率），其时间值为1/HZ。

三、Linux内核中的jiffies

在Linux内核中，jiffies主要作为记录自系统启动以来，产生节拍（或者说是内核定时器产生中断（timer Interrupt））的总数。系统启动时，内核将该变量初始化为0，此后，每次时钟中断处理程序都会增加该变量的值。一秒内时钟中断的次数等于Hz，所以jiffies一秒内增加的值也就是Hz。其定义在linux-3.0.8/include/linux/jiffies.h中 ，其原型为：

如上图所示，jiffies为unsigned long类型的，其为32位，并且因为其在整个系统运行是，需要一直存在，所以使用volatile进行声明，其不会被编译器优化。当内核定时器产生中断时，jiffies的值自加1。

现在假设HZ=100，那么1个jiffies等于1/100s，而jiffies最大能够表示的时间为：（2^32-1）/100s=42949672.95s 大约是497天。那么也就是在这一天之后jiffies会溢出。这对于常年运行的系统而言，可能会出现一些为他，所以引出了jiffies_64这个变量，jiffies_64作为unsigned long long类型的变量，使用这个变量的话，要溢出也得用好几百万年，这件事就不用往后考虑了（远远超过了机器的寿命）。这个时候jiffies就作为jiffies_64的低32位使用。

有一点必须要声明的是：jiffies_64这个变量无论是在32位的系统还是在64位的系统，它都是64位的变量。另外，对于驱动开发工程师而言jiffies和jiffies_64的属性应该是只读的。

当然，关于jiffies溢出的问题，实际上对于在编写内核驱动时，计算并产生一个时间间隔是没有影响的。比如：要定时在1s后产生一次事件，1s的定时可以使用jiffies HZ得到。

四、Linux中如何放在jiffies溢出造成的逻辑错误

Linux内核通过提供time_after(a b)、time_before(a b)、time_after_eq(a b)和time_before_eq(a b)这四个宏来解决因jiffies溢出而造成程序逻辑的错误。如下图为Linux-3.0.8版本内核的源码，存在于linux-3.0.8/include/linux/jiffies.h文件中。

这里有一点值得说明的是，宏time_after的两个参数a和b的数据类型为unsigned long，这样的比较才有实际意义。系统通过采用jiffies来计算时间，但是由于jiffies的溢出可能会使得一些程序（长期依赖于jiffies获取时间的程序）产生逻辑错误，因为在Linux内核的开发中，强烈的建议使用time_after这些宏来比较时间的先后关系

五、内核时钟

Linux内核使用硬件提供不同的时钟来提供依赖于时间的服务/程序，比如busy-waiting（浪费CPU周期）和sleep-waiting（放弃CPU）。