Linux下应用开发可利用的计时器技术2：CPU时钟滴答

      在Linux的内核时钟驱动中，当PIT通道0的计数器减到0时，就在IRQ0中产生一次时钟中断，也即一次时钟滴答。Linux用宏HZ来表示时钟滴答的频率。且在不同的平台上HZ有不同的定义值。对于ALPHA和IA62平台HZ的值是1024，对于SPARC、MIPS、ARM和i386等平台HZ的值都是100。

      该宏在i386平台上的定义如下（include/asm-i386/param.h）：
      #ifndef HZ
      #define HZ 100
      #endif
     

      通过以上了解到，在i386平台下，1秒种产生100次时钟滴答。那么，如果我们知道从系统启动起到当前时刻的时钟滴答数，那也就能计算出当前时刻相对于系统启动时间的相对时间了。进而可以设计出应用程序自己的定时器。

      现在剩余的问题就是，我们如何获知从系统启动到当前时刻共经历了多少时间滴答呢？幸运的是，/proc/stat中的统计数据提供了我们想要的数据。/proc/stat中包含了一些内核和系统的统计信息，该数据都是自系统启动以来的各项指标的总计。

      例如

> cat /proc/stat
  cpu  2255 34 2290 22625563 6290 127 456 0 0
  cpu0 1132 34 1441 11311718 3675 127 438 0 0
  cpu1 1123 0 849 11313845 2614 0 18 0 0

 

      其中cpu行展示了自系统启动以来，cpu执行所有各项不同操作分别消耗的时钟滴答数。"CPU[n]"代表的是第n个cpu，"CPU"行是所有CPU的累积数据。没行各有9列，分别是：

      user:从系统启动开始累计到当前时刻，用户态的CPU时间(单位：jiffies)，不包含 nice值为负进程。1jiffies=0.01秒=一个时间滴答

      nice:从系统启动开始累计到当前时刻，nice值为负的进程所占用的CPU时间（单位：jiffies）
      system:从系统启动开始累计到当前时刻，内核态所执行时间

      idle:从系统启动开始累计到当前时刻，除硬盘IO等待时间以外其它等待时间

      iowait:从系统启动开始累计到当前时刻，硬盘IO等待时间

      irq:从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间

      softirq:从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间

      steal:involuntary wait

      guest:running a guest

 

      有了以上理论基础后，就可以开始计算当前时间相对于系统启动时间经过过多少秒了。

      step1  获取时钟滴答频率:

                 frequence = sysconf(_SC_CLK_TCK)

      step2  计算当前时间:读取虚文件/proc/stat,获取CPU统计数据,则

                 time = (user+nice+system+idle+iowait+irq+softirq+steal+guest)/frequence

---

 

      本方法存在的问题：

      1、计算时间时，需经历读取时钟频率，读虚文件/proc/stat(虽然该文件时常驻内存的)，解析/proc/stat文件中的CPU行字符，对

           统计数据进行数学运算。这都需要消耗一定的时间，那么应用程序拿到的这个时间有一定的精度误差.

      2、(未解的疑问)既然/proc/stat只是一个虚文件，那么必然存在文件中数据更新的问题。如果文件更新频率大于时钟滴答频率，则不

           会有问题，而若小于时钟滴答频率的话，就会又增加一个误差值了。

      因此，如果对时钟有高精度要求，建议使用RTC时钟方法。若要求不高的话，使用CPU时钟滴答计数法，也勉强能行。

 

      注意点：

      1、若多线程并发读取/proc/stat虚文件进行时钟计算，可能会使CPU利用率达到80%,甚至100%

 

      参考：./filesystems/proc.txt