一、前语
时钟或许挂钟（clock）是一种计时东西，每个人都至少有一块，或许在你的手机里，也或许佩带在你的手腕上。假如Linux也是一个普通人的话，那么她的手腕上应该有十几块手表，包含：CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC、CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID、CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID、CLOCK_MONOTONIC_RAW、CLOCK_REALTIME_COARSE、CLOCK_MONOTONIC_COARSE、CLOCK_BOOTTIME、CLOCK_REALTIME_ALARM、CLOCK_BOOTTIME_ALARM、CLOCK_TAI。本文首要便是介绍Linux内核中的五花八门的“挂钟”。
二、了解Linux中各种clock分类的根底
已然本文讲Linux中的计时东西，那么咱们首要面临的便是“什么是时刻？”，这个问题实在是太难答复了，因而咱们这儿就不正面答复了，咱们只是从几个旁边面来窥视时刻的特性，而时刻的实质就留给物理学家和哲学家考虑吧。
1、怎么衡量时刻
时刻往往是和改变相关，因而人们往往喜爱运用有固定周期改变规则的运动行为来界说时刻，所以人们把地球围自转一周的时刻分红24份，每一份界说为一个小时，而一个小时被均匀分红3600份，每一份便是1秒。可是，地球的运动周期不是那么安稳，怎么办？多丈量几个，均匀一下嘛。
尽管经过天体的运动界说了秒这样的根本的时刻衡量单位，可是，要想准确的表明时刻，咱们依靠一种有安稳的周期改变的现象。上一节咱们说过了：地球环绕太阳工作不是一个安稳的周期现象，因而每次观察到的周期不是固定的（当然都大约是24小时的姿态），用它来界说秒多少显得不是那么精准。科学家们发现铯133原子在能量跃迁时分辐射的电磁波的振动频率十分的安稳（不要问我这是什么原理，我也不知道），因而被用来界说时刻的根本单位：秒（或许称之为原子秒）。
2、Epoch
界说了时刻单位，等于时刻轴上有了刻度，尽管这条代表时刻的直线咱们不知道从何开端，终究去向何方，咱们终归是能够把一个时刻点映射到这条直线上了。乃至假如界说了原点，那么咱们能够用一个数字（到原点的间隔）来表明时刻。
假如说界说时刻的衡量单位是技术活，那么界说时刻轴的原点则完全是一个习气问题。拿出你的手表，上面能够读出2017年5月10，23时17分28秒07毫秒……作为一个地球人，你挑选了耶稣诞辰日做原点，讲真，这弱爆了。作为linuxer，你应该具有这样的一块手表，从这个手表上只能看到一个从当时时刻点到linux epoch的秒数和毫秒数。Linux epoch界说为1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)，后边的这个UTC十分十分重要，咱们后边会描绘。
除了wall time，linux体系中也需求了解体系自发动以来过去了多少的时刻，这时分，咱们能够把挂钟的epoch调整成体系的发动时刻点，这时分获取体系发动时刻就很简略了，直接看这块挂钟的读数即可。
3、时刻调整
记住小的时分，每隔一段时刻，老爸的手表总会慢上一分钟左右的时刻，也是他总是在7点钟，新闻联播之前等候那校时的最终一响。一听到“方才最终一响是北京时刻7点整”中那最终“滴”的一声，老爸也把自己的手表调整成为7点整。关于linux体系，这个操作相似clock_set接口函数。
相似老爸机械表的时刻调整，linux的时刻也需求调整，机械表的发条和齿轮结构没有那么精准，核算机的晶振亦然。前面讲了，UTC的计时是依据原子钟的，可是来到Linux内核这个场景，咱们莫非要为咱们的核算机装置一个原子钟来计时吗？当然能够，假如你满意有钱的话。咱们一般人的核算机仍是依据体系中的本地振动器来计时的，尽管精度不抱负，可是短时刻内你也不会有太多的感觉。当然，人们往往是神往更准确的计时（有些场合也需求），因而就有了时刻同步的概念（例如NTP（Network Time Protocol））。
所谓时刻同步其实便是用一个精准的时刻来调整本地的时刻，详细的调整方法有两种，一种便是直接设定当时时刻值，别的一种是采用了润物细无声的方式，对本地振动器的输出进行纠正。第一种方法会导致时刻轴上的时刻会向前或许向后的跳动，无法确保时刻的接连性和单调性。第二种方法是对时刻轴缓慢的调整（而不是直接设定），然后确保了接连性和单调性。
4、闰秒（leap second）
经过原子秒延展出来的时刻轴便是TAI（International Atomic Time）clock。这块“表”不论日出、日落，机械的依照ce原子界说的那个秒在推进时刻。冷冰冰的TAI clock尽管精准，可是对人类而言是不友好的，究竟人仍是日子在这颗蓝色星球上。而那些依据地球自转，公转周期的时刻（例如GMT）尽管契合人类习气，可是又不行准确。在这样的布景下，UTC（Coordinated Universal Time）被提出来了，它是TAI clock的基因（运用原子秒），可是又会恰当的调整（leap second），满意人类出产和日子的需求。
OK，至此，咱们了解了TAI和UTC两块表的状况，这两块表的发条是相同的，依照相同的时刻滴答（tick，精准的依据原子频率界说的那个秒）来推进挂钟的秒针的滚动，仅有不同的是，UTC clock有一个调节器，在恰当的时刻，能够把秒针向前或许向后调整一秒。
TAI clock和UTC clock在1972年进行了对准（相差10秒），尔后就各自独立运行了。在大部分的时刻里，UTC clock跟从TAI clock，除了在恰当的时刻点，realtime clock会进行leap second的补偿。从1972年到2017年，现已有了27次leap second，因而TAI clock的读数现已比realtime clock（UTC时刻）快了37秒。换句话说，TAI和UTC两块表其实能够笼统成一个时刻轴，只不过它们之间有一个固定的偏移。在1972年，它们之间的offset是10秒，经过多年的工作，到了2017年，offset累计到37秒，让我静静等候下一个leap second到了的时刻吧。
5、计时规模
有一类特别的clock称作秒表，发动后开端计时，中心能够暂停，能够康复。咱们能够经过这样的秒表来记载一个人睡觉的时刻，当进入睡觉状况的时分，按下start按键开端计时，一旦醒来则按下stop，暂停计时。linux中也有这样的计时东西，用来核算一个进程或许线程的履行时刻。
6、时刻精度
时刻是接连的吗？你眼中的国际是接连的吗？看到窗外清风吹拂的树叶的时分，你感觉每一个树叶的形状都被你捕捉到了。可是，未必，你看急速行进的轿车的轮胎的时分，感觉车轮是倒转的。为什么？其实这只是是由于咱们的眼睛大约是每秒15～20帧的速度在采样这个国际，你看到的国际是离散的。算了，扯远了，咱们权且以为时刻的接连的，可是Linux中的时刻记载却不是接连的，咱们能够用下面的图片表明：
体系在每个tick到来的时分都会更新体系时刻（到linux epoch的秒以及纳秒值记载），当然，也有其他场景进行体系时刻的更新，这儿就不赘述了。因而，关于linux的时刻而言，它是一些离散值，是一些时刻采样点的值罢了。当用户恳求时刻服务的时分，例如获取当时时刻（上图中的红线），那么最近的那个Tick对应的时刻采样点值再加上一个当时时刻点到上一个tick的delta值就精准的定位了当时时刻。不过，有些场合下，时刻精度没有那么重要，直接获取上一个tick的时刻值也根本是OK的，不需求校准那个delta也能满意需求。并且粗粒度的clock会带来performance的优势。
7、睡觉的时分时刻会中止运作吗？
在实践国际提出这个问题会稍显可笑，鲁迅同学有一句名言：时刻永是消逝，街市仍旧和平。可是关于Linux体系中的clock，这个就有实践的含义了。比如说clock的一个重要的派生功用是创立timer（也便是说timer总是依据一个特定的clock运作）。在一个5秒的timer超期之前，体系先进入了suspend或许关机状况，这时分，5秒时刻抵达的时分，一般的timer都不会触发，由于底层的clock或许是依据一个free running counter的，在suspend或许关机状况的时分，这个HW counter都不再运作了，你怎么期盼它能唤醒体系，来履行timer expired handler？可是用户仍是有这方面的实践需求的，最简略的便是关机闹铃。怎么办？这就需求一个特别的clock，能够在suspend或许关机的时分，依然能够运作，推进timer到期触发。
三、Linux下的各种clock总结
在linux体系中界说了如下的clock id：
#define CLOCK_REALTIME 0
#define CLOCK_MONOTONIC 1
#define CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID 2
#define CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID 3
#define CLOCK_MONOTONIC_RAW 4
#define CLOCK_REALTIME_COARSE 5
#define CLOCK_MONOTONIC_COARSE 6
#define CLOCK_BOOTTIME 7
#define CLOCK_REALTIME_ALARM 8
#define CLOCK_BOOTTIME_ALARM 9
#define CLOCK_SGI_CYCLE 10 /* Hardware specific */
#define CLOCK_TAI 11
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID和CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID这两个clock是专门用来核算进程或许线程的履行时刻的（用于功能分析），一旦进程（线程）被切换出去，那么该进程（线程）的clock就会停下来。因而，这两种的clock都是per-process或许per-thread的，而其他的clock都是体系等级的。
依据上面一章的各种分类要素，咱们能够将其他clock总结收拾如下：
leap second？clock set？clock tunning？original pointresolutionactive in suspend？realtimeyesyesyesLinux epochnsnomonotonicyesnoyesLinux epochnsnomonotonic rawyesnonoLinux epochnsnorealtime coarseyesyesyesLinux epochticknomonotonic coarseyesnoyesLinux epochticknoboot timeyesnoyesmachine startnsnorealtime alarmyesyesyesLinux epochnsyesboottime alarmyesnoyesmachine startnsyestainononoLinux epochnsno
