Linux Kernel: 簡介HZ, tick and jiffies

http://adrianhuang.blogspot.com/2007/10/linux-kernel-hz-tick-and-jiffies.html

Linux核心幾個重要跟時間有關的名詞或變數，底下將介紹HZ、tick與jiffies。

HZ
Linux 核心每隔固定週期會發出timer interrupt (IRQ 0)，HZ是用來定義每一秒有幾次timer interrupts。舉例來說，HZ為1000，代表每秒有1000次timer interrupts。HZ可在編譯核心時設定，如下所示 (以核心版本2.6.20-15為例)：

adrian@adrian-desktop:~$ cd /usr/src/linux
adrian@adrian-desktop:/usr/src/linux$ make menuconfig
Processor type and features ---> Timer frequency (250 HZ) --->

其中HZ可設定100、250、300或1000。以小弟的核心版本預設值為250。

小實驗
觀察/proc/interrupt的timer中斷次數，並於一秒後再次觀察其值。理論上，兩者應該相差250左右。

adrian@adrian-desktop:~$ cat /proc/interrupts | grep timer && sleep 1 && cat /proc/interrupts | grep timer
0: 9309306 IO-APIC-edge timer
0: 9309562 IO-APIC-edge timer

上面四個欄位分別為中斷號碼、CPU中斷次數、PIC與裝置名稱。


問題來了，timer interrupt會做哪些事情? 答案如下所列：

* 更新時間、日期與系統從開機至目前經過多少時間 。
* 更新系統資源使用率統計
* 檢查正在執行的程序是否已經超過其所分配的執行時間額度。如果是的話，則侵佔(preempt)該程序以利執行其它等待執行的程序。
* 檢查軟體時間器(Software timer，如alarm系統呼叫)跟時間延遲函式(Delay function)的延遲時間是否已經超過。

Tick
Tick是HZ的倒數，意即timer interrupt每發生一次中斷的時間。如HZ為250時，tick為4毫秒 (millisecond)。

Jiffies
Jiffies 為Linux核心變數(32位元變數，unsigned long)，它被用來紀錄系統自開幾以來，已經過多少的tick。每發生一次timer interrupt，Jiffies變數會被加一。值得注意的是，Jiffies於系統開機時，並非初始化成零，而是被設為-300*HZ (arch/i386/kernel/time.c)，即代表系統於開機五分鐘後，jiffies便會溢位。那溢位怎麼辦? 事實上，Linux核心定義幾個macro(timer_after、time_after_eq、time_before與 time_before_eq)，即便是溢位，也能藉由這幾個macro正確地取得jiffies的內容。

另外，80x86架構定義一個與jiffies相關的變數jiffies_64 ，此變數64位元，要等到此變數溢位可能要好幾百萬年。因此要等到溢位這刻發生應該很難吧。那如何經由jiffies_64取得jiffies資訊呢? 事實上，jiffies被對應至jiffies_64最低的32位元。因此，經由jiffies_64可以完全不理會溢位的問題便能取得jiffies。