linux 时间子系统 二 时间系统的组成

时间轮，jiffies与HZ

时间轮是linux kernel处理内核低精度定时器的机制，由周期的定时器中断驱动。定时器中断以配置的HZ参数为频率产生，在中断中更新系统时间jiffies，摘取到期的定时器执行，更新时间轮时间。

clock source

clock source 硬件计数器的一种抽象，它为系统提供一种时间线，通过时间线，每一个动作都可以确定现在执行时的时间点。一般的clocksource是一个单调递增（monotonic）计数器。它应该尽可能的提供高精度，并且要尽可能的稳定。作为clocksource的timer不能够因为执行读取动作而出现数据错误。
对系统时间的同步操作，不会影响到clocksource，同步操作只会生成一个时间偏移，通过时间偏移量可以得到当前时间。

clock events

clockevent和clocksource是两种完全不同的机制，虽然同一个硬件timer可以同时用来做clocksource和clockevents。
clock events管理下的硬件定时器会产生中断，在时间线上某点触发event完成它的工作。
clockevents 提供一种管理定时器中断的driver api，api管理所有注册的timer。这些api只有小部分的功能跟是硬件相关的，所以kernel可以以体系结构无关的方式使用timer。
利用clockevents机制，系统可以支持高精度定时器。当高精度定时器被申请时，需要做的工作就是选择一个合适的timer来支持高精度定时器。 系统可以提供高精度的定时中断，提供高精度的内核定时器来满足高的实时需求。
周期定时器tick现在也是用clock events来实现，它的功能仍然与旧的基于定时器中断的机制相同，都是更新jiffies，计算系统时间等。
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Dynamic ticks

NO_HZ(减少调度时钟ticks)

时间子系统当中NO_HZ相关的配置能够减少调度时钟中断的数量。因为系统不会频繁被调度时钟打断，这样能够提高系统的工作效率，一方面能够降低能源消耗，另一方面较低的系统抖动对有高性能计算(HPC)和实时性要求的应用会有较大影响。
主要有三种需求需要管理调度时钟中断：

• 不控制调度时钟ticks： CONFIG_HZ_PERIODIC=y或者CONFIG_NO_HZ=n 表示使用稳定的周期ticks，ticks的频率固定为HZ配置。
• 在cpu进入idle状态时，不允许触发调度时钟tick：CONFIG_NO_HZ_IDLE=y 这是最通常的做法，也是默认的做法。
• 在idle和只运行一个任务时，不允许触发调度时钟tick：CONFIG_NO_HZ_FULL=y. 除非系统需要运行实时性应用，或者确定系统正在运行高负载计算集中型的应用，系统的这个选项一般是不打开的。

下边分别解释下三种情况：

不控制调度时钟tick
早期的kernel是不控制调度时钟tick的，调度时钟中断以HZ设定的频率到来，执行调度。这种方式在某些情况下被证明仍然是一种非常有效的方式。比如，在系统负载比较重的情况下，cpu只有很少的时间处于idle状态，只是频繁的进入idle停留很短的时间。这种负载下，因为有很多正在等待运行的任务，所以及时的调度tick是必要的。这种情况下，控制调度时钟tick不会有什么效果。
这种模式需要的配置是CONFIG_HZ_PERIODIC=y
如果系统处在低负载的情况下，当cpu长时间的处在idle状态时，周期性的调度tick会增加功耗，这对电池供电的设备影响很大。
如果系统运行着实时性应用或者计算集中型应用，那么周期的调度时钟会影响系统的性能。

cpu idle状态时禁止调度时钟tick
当cpu在idle状态时，不应该向其发送调度时钟中断。调度时钟中断的作用是在有多个任务需要处理时切换cpu，一个处在idle状态的cpu没有这样的需要。
CONFIG_NO_HZ_IDLE=y配置选项使得kernel不会将调度时钟中断发送给idle状态的cpu。这种配置对电池供电和大型的虚拟化系统有很大影响。CONFIG_HZ_PERIODIC=y选项会使得电池供电设备以2倍的速度消耗电量。运行很多os的虚拟机系统中PERIODIC配置会导致cpu过多的消耗在无关的调度时钟中断中。
不过idle时动态调整tick（dyntick-idle）也是有消耗的：

1. 它会增加idle loop的代码量
2. 在许多架构上，动态调整tick需要在时间系统增加很多代码
   所以，实时性要求高的系统最好使用PERIODIC的配置。
   控制处在idle状态的cpu不接收调度时钟的方式叫做dyntick-idle 模式或者nohz 模式。
   在CONFIG_NO_HZ_IDLE=y配置下，默认情况下，启动参数中nohz=参数会关闭dyntick-idle模式，设置为nohz=on会打开dyntick-idle模式。

在只有一个任务时禁止调度时钟tick

High Resolution Timers

最后

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