在上一篇文章中，介绍了计算机系统的时间设备。这些设备在Linux整个计时架构中处于最底层。 在硬件设备中获取时间相关的数据后，Linux系统需要做以下几个工作：

• 更新自系统启动以来的时间戳
• 更新当前时间日期
• 计算每个CPU上进程执行的时间
• 更新资源使用率统计
• 更新定时器系统调用

这些操作每一个tick都会完成一次。 那么什么是tick呢？ tick是Linux计时架构中一个重要的概念，中文称之为时钟滴答。 在IRQ0上连续两次定时器中断的时间间隔称为tick，时长保存在tick_nsec变量中。 tick_nsec通常情况下会初始化为999,848纳秒，接近1毫秒，因为时间中断的频率一般设置为1000Hz（PIT的时间中断频率）。

Kernel将时间抽象成几个重要的数据结构：

• The timer object

  这个结构用来抽象不同时间源的数据。 其中两个重要变量mark_offset和get_offset。

  • mark_offset记录上一次tick的时间，定时器中断的时候更新。
  • get_offset返回自上一次tick后经过的时间，单位是微秒。

  Linux使用这两个变量做插值，提供比tick更高精度的时间记录。 另外cur_timer变量保存精度最高的时间源（timer_hpet > timer_pmtmr > timer_tsc > timer_pit > timer_none）

• The jiffies variable

  jiffies变量保存系统开启到现在的tick数。 在x86体系下，jiffies是一个32位的变量，只能记录约50天。当要溢出的时候，Linux会使用其他变量去转换，做到持续记录tick。 在系统启动的时候，jiffies初始化为0xfffb6c20，五分钟后即溢出。 这样做的目的是可以及时发现不对溢出做的处理的kernel，不会影响稳定的版本。 jiffies不声明为64位的原因是在32位系统不能高效读写64位的变量。

• The xtime variable

  xtime保存的是上墙时间。 其中有两个字段tv_sec和tv_nsec。

  • tv_sec保存从（UTC）1970-1-1号到当前时间的秒数。
  • tv_nsec保存上一秒到现在经历的纳秒数。

  xtime每个tick更新一次，一秒钟大约更新1000次。

为了完成时间相关的工作，Linux计时架构有两个主要操作，计时器的初始化和定时器的中断处理。

• 计时器初始化

  在kernel初始化期间会调用time_init()函数。time_init()完成以下操作：

  1. 初始化xtime变量。从RTC读取至1970-1-1至今的秒数。
  2. 初始化wall_to_monotonic变量。这个变量和xtime类似。
  3. 如果系统支持HPET，则调用hpet_enable()函数启动HPET，否则使用PIT
  4. 调用select_timer()选择最好的时钟源。
  5. 开启IRQ0中断，系统定时器可以接收来自PIT或者HPET的中断。

  至此计时器初始化完成。之后每次tick都会调用timer_interrupt()函数。

• 定时器中断处理（timer_interrupt）

  1. 开启xtime自旋锁
  2. 根据cur_timer的值，处理mark_offset
     • timer_hpet： HPET是中断源，如果丢失中断，mark_offset则更新jiffies
     • timer_pmtmr： PIT是中断源，APIC是时间源。如果丢失中断，mark_offset则更新jiffies
     • timer_tsc： PIT是中断源，TSC是时间源。如果丢失中断，mark_offset根据需要更新jiffies
     • timer_pit： PIT是中断源，而且没有其他时间源，mark_offset不更新
  3. 调用do_timer_interrupt()函数
     • 增加jiffies
     • 调用update_times()函数更新系统时间日期和计算系统复杂
     • 调用update_process_times()函数执行特定CPU相关的操作，比如切换进程等
     • 调用profile_tick()函数
  4. 释放xtime自旋锁

需要注意的是，多核的定时器架构和单核的定时器架构有不同的处理流程。 在单处理器系统，所有的时间活动都由全局定时器触发。 在多处理器系统，所有一般的活动由全局定时器触发，特定CPU的活动由CPU Local Timer触发。 但是这两种情况的界定比较模糊，而且一些多核系统的CPU并没有CPU Local Timer。