操作系統的時間函數是怎麼實現的？

01-27

所有的編程語言都會提供關於時間的庫函數，比如sleep、wait、time、clock等，它們在操作系統中是怎麼實現的？與實際時間相比會有偏差嗎

cpu裡面有可編程間隔定時器(PIT,Programmable interval timer)，目前x86-64/arm/8051-based的絕大多數cpu/mcu都是內置PIT的，PIT以一個可調節的時間間隔觸發時鐘中斷，使得操作系統的時鐘中斷處理程序可以可調節地周期性運行。時鐘中斷處理程序負責維護所有的軟體定時器，在當前進程的時間片用光，或有定時器觸發時執行進程調度(線程調度)，並維護軟體時鐘。

PIT和RTC的區別：計算機中有一枚紐扣電池負責在關機時維持CMOS數據並驅動一個低頻時鐘，這個時鐘叫做實時鐘(Real-time clock)，注意RTC是相當不精確的，所以大多數操作系統通常在開機之後維護一個軟體時鐘，通過時鐘中斷和網咯時間協議(http://www.ntp.org/)維護的軟體時鐘比RTC精確和可靠得多，絕大多數操作系統除了開機時會讀取RTC，關機時將RTC與軟體時鐘同步以外，大多數時間RTC都是孤獨地運行的。

PIT與WDT的區別：有些嵌入式MCU除了提供PIT以外還提供看門狗定時器(Watchdog timer)，有些PIT可以用於WDT功能，有些WDT具有PIT功能，有些場合PIT和WDT可能使用相同的時鐘源，但兩者是不同的。PIT用於周期性產生中斷信號，而WDT一旦觸發，產生的是複位信號，嵌入式操作系統需要不停地重置WDT以阻止複位信號的產生，WDT主要用於從軟體錯誤中自動恢復。

嗯，實名反對另外…………不是咱不懂彆強答好么←_←

以上是硬體部分

當一個線程執行了sleep(1000)時，首先會陷入到內核態執行系統調用處理程序，相關的處理程序會設置一個軟體定時器(1000)，然後轉向線程調度，這時候會進行線程上下文切換和進程上下文切換，線程調度程序將該線程標記為等待態，並標記該線程等待該定時器的信號，然後執行線程調度。

當時鐘中斷處理程序發現這個軟體定時器觸發時，便將這個信號量置位(或者複位？)，然後通知線程調度模塊，線程調度發現這個信號量與某個線程相關聯，於是將線程標記為就緒態，這時候

｛當前線程的優先順序更高：繼續執行當前進程，

當前進程是idle/當前線程優先順序低：轉向執行剛進入就緒態的線程並標記為當前線程，切換進程上下文，恢復保存的線程現場，然後把觸發的定時器和信號量參數傳遞給線程的內核態部分(系統調用處理程序)，系統調用處理程序刪除定時器然後返回到用戶態｝

sleep存在誤差的原因在於，你交出控制權以後，定時的時間到了你還能不能被分到時間片是未知數，所以有可能定時器時間到了線程並沒有馬上進入執行態，但是這個在pc上不是個事，伺服器才需要考慮這個

不過linux內核有個奇葩的東西叫做高解析度定時模式，和另外一個奇葩的東西叫做完全無滴答模式，在高解析度定時模式下，linux通過對PIT編程使得定時盡量精確(PIT的觸發周期是可調的，最低我記得小於微秒級，和CPU有關)，這樣使得軟體定時器可以精確到微秒級，有時候在高精度定時模式下linux的時鐘中斷是完全沒有周期性的，每觸發一次時鐘中斷就要改一次定時周期。完全無滴答模式是把PIT直接關掉的，當然如果你有定時需求系統會把這玩意再打開。

其實很簡單，橋晶元裡面有WatchTimer也叫鐘錶定時器，一般主板是用32.768k晶振來轉出來。也有的主板會用主晶振轉出來，缺點就是費點電。然後cpu讀取寄存器得到時間值。這部分和單片機是一樣的。PC你可以認為就是更複雜的單片機，但是原理是相通的。sleep和單片機的不同，單片機的sleep是整體硬體進入到睡眠狀態（一般分幾級睡眠），而pc的是進入到軟睡眠，更像是堵塞進程狀態。這時另外一個用來當時間片的Timer還是在工作的，也就是說硬體沒有休息。通過計數然後跳出堵塞。其他命令以此類推就好了。PC也有真正的sleep命令，但是應用程序調不到，一般是由驅動來調的，用來完成休眠操作。這裡就不展開了，和單片機類似。

彙編裡面是不停地nop。底層要看CPU clk和晶振頻率了。上面當然涉及到操作系統線程進程的suspend，resume之類的。

一句話，一般來言都是直接取一個本機時間。

本質跟家裡石英鐘沒區別，調用方法是讀取BIOS里存的時間，所以bios都需要一塊小電池存時間。

隨著現代電腦主頻的提升，精度略有提高，但基本用的還是石英晶振。

現在新系統聯網以後默認會通過網路修正誤差。語言一般調用系統介面，不直接訪問bios/uefi。

網路上跑網站的伺服器一般會用權威授時服務定期矯正。

深度閱讀http://www.cnblogs.com/ajianbeyourself/p/4189520.html

不是我寫的啊，讀過而已。

跟時鐘打交道最頭痛就是多線程與並發了。。哈哈哈。。

定時從不知道哪個硬體裡面拿寫進只讀page 用戶態直接取就行了