linux - linux gettimeofday() 的微秒时间是如何获取的，其精度如何？

Question

挂钟时间通常由系统 RTC 提供。这主要只提供毫秒范围内的时间，通常具有 10-20 毫秒的粒度。但是 gettimeofday() 的分辨率/粒度经常reported 在几微秒范围内。我假设微秒粒度必须取自不同的来源。

gettimeofday()的微秒级分辨率/粒度是如何实现的？

当精确到毫秒的部分取自 RTC 而微秒部分取自不同的硬件时，就会出现两个源的相位问题。这两个来源必须以某种方式同步。

这两个源之间的同步/定相是如何实现的？

编辑:根据我在 amdn 提供的链接中阅读的内容，特别是以下 Intel链接，我会在这里添加一个问题:

gettimeofday() 是否提供微秒级别的分辨率/粒度？

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编辑 2:总结 amdns answer阅读更多结果:

Linux 仅在启动时使用实时时钟 (RTC)与更高分辨率的计数器同步，例如时间戳计数器 (TSC)。启动后，gettimeofday() 返回一个完全基于 TSC 值和该计数器频率的时间。 TSC 频率 的初始值通过将系统时间与外部时间源进行比较来校正/校准。调整由 adjtimex() 完成/配置功能。内核运行锁相环以确保时间结果是单调和一致的。

这样可以说明 gettimeofday() 具有微秒分辨率。考虑到更多现代时间戳计数器在 GHz 范围内运行，可获得的分辨率可能在纳秒范围内。因此这个有意义的评论

/**
407  * do_gettimeofday - Returns the time of day in a timeval
408  * @tv:         pointer to the timeval to be set
409  *
410  * NOTE: Users should be converted to using getnstimeofday()
411  */

可以在 Linux/kernel/time/timekeeping.c 中找到.这表明可能会有成为稍后可用的更高分辨率的功能。目前 getnstimeofday() 仅在内核空间可用。

但是，查看所有涉及的代码以正确处理此问题时，会显示出很多关于不确定性的评论。获得微秒分辨率是可能的。函数 gettimeofday() 甚至可以显示微秒级的粒度。 但是:它的准确性受到严重质疑，因为无法准确校正 TSC 频率的漂移。 Linux 内部处理这个问题的代码的复杂性也暗示着要相信实际上很难把它做好。这是特别的，但不仅仅是由于 Linux 应该在其上运行的大量硬件平台造成的。

结果: gettimeofday() 返回微秒粒度的单调时间，但它提供的时间几乎从不相位到 一微秒其他时间来源。

Answer 1

gettimeofday()的微秒级分辨率/粒度是如何实现的？

Linux 在许多不同的硬件平台上运行，因此具体情况各不相同。在现代 x86 平台上，Linux 使用 Time Stamp Counter ，也称为 TSC，它由多个运行在 133.33 MHz 的晶体振荡器驱动。晶体振荡器为处理器提供引用时钟，处理器将其乘以某个倍数——例如，在 2.93 GHz 处理器上倍数为 22。TSC 历来是不可靠的时间来源，因为实现当处理器进入休眠状态时，或者因为当处理器移动乘数以更改 performance states 时倍数不是常数，将停止计数器或在天气变热时节流。现代 x86 处理器提供了一个恒定、不变且不间断的 TSC。在这些处理器上，TSC 是一个出色的高分辨率时钟，Linux 内核在启动时确定一个初始近似频率。 TSC 为 gettimeofday() 系统调用提供微秒分辨率，为 clock_gettime() 系统调用提供纳秒分辨率。

这种同步是如何完成的？

你的第一个问题是关于Linux时钟如何提供高分辨率的，第二个问题是关于同步的，这是precision and accuracy之间的区别。 .大多数系统都有一个由电池备份的时钟，以在系统断电时保持一天中的时间。正如您可能预料的那样，这个时钟没有很高的准确度或精确度，但它会在系统启动时获得“大致上”的一天中的时间。为了获得准确性，大多数系统使用可选组件从网络上的外部源获取时间。两种常见的是

1. Network Time Protocol
2. Precision Time Protocol

这些协议(protocol)在网络上定义一个主时钟(或由原子钟提供的时钟层)，然后测量网络延迟以估计与主时钟的偏移。一旦确定了与主机的偏移量，系统时钟就会被纪律以保持其准确性。这可以通过

1. 步进时钟(相对较大、突然且不频繁的时间调整)，或
2. 调整时钟(定义为在给定时间段内通过缓慢增加或减少频率来调整时钟频率的程度)

内核提供了adjtimex system call允许时钟纪律。有关现代英特尔多核处理器如何使 TSC 在内核之间保持同步的详细信息，请参阅 CPU TSC fetch operation especially in multicore-multi-processor environment .

时钟调整的相关内核源文件是kernel/time.c和 kernel/time/timekeeping.c .