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Linux 时间测量与管理机制详解

1. 时间测量概述

在计算机系统中，大量的活动都依赖于时间测量，这些活动常常在用户不知情的情况下进行。例如，计算机控制台停止使用后屏幕自动关闭，是因为内核通过定时器记录自用户按键或移动鼠标后经过的时间。系统提示移除未使用文件，是程序识别出长时间未访问的用户文件的结果，这需要程序从每个文件中获取其最后访问时间的时间戳，而该时间戳由内核自动写入。

Linux 内核主要进行两种时间测量：
- 维护当前时间和日期，以便通过time()、ftime()和gettimeofday()系统调用返回给用户程序，并供内核自身作为文件和网络数据包的时间戳。
- 维护定时器，当特定时间间隔过去时，定时器能通知内核或用户程序。

时间测量由基于固定频率振荡器和计数器的多个硬件电路完成。

2. 硬件时钟

在 80x86 架构中，内核需要与四种时钟进行交互：实时时钟（RTC）、时间戳计数器（TSC）、可编程间隔定时器（PIT）以及 SMP 系统中本地 APIC 的定时器。前两种硬件设备可帮助内核跟踪当前时间，PIC 设备和本地 APIC 的定时器被内核编程为以固定频率发出中断，这些周期性中断对实现内核和用户程序使用的定时器至关重要。