34、深入理解操作系统中的时间管理

深入理解操作系统中的时间管理

1. 时间的测量方式

在现代操作系统中，时间有着多种用途，许多程序都需要对其进行跟踪。内核通过三种不同的方式来测量时间的流逝：
- 挂钟时间（或实时时间） ：这是现实世界中的实际时间和日期，就像我们从墙上的时钟读取的时间一样。进程在与用户交互或为事件添加时间戳时会使用挂钟时间。
- 进程时间 ：指的是一个进程所消耗的时间，既可以是直接在用户空间代码中消耗的时间，也可以是通过内核代表进程工作而间接消耗的时间。进程主要关心这种时间形式，用于性能分析和统计，例如测量某个操作所花费的时间。由于 Linux 的多任务性质，对于给定的操作，进程时间可能远小于挂钟时间，而且进程可能会花费大量时间等待 I/O（特别是键盘输入）。
- 单调时间 ：这种时间源严格线性递增。大多数操作系统（包括 Linux）使用系统的正常运行时间（自启动以来的时间）。挂钟时间可能会发生变化，例如用户可能会设置它，并且系统会不断调整时间以纠正偏差，此外，闰秒等因素也会引入额外的不精确性。而系统正常运行时间是时间的确定性和不可更改的表示。单调时间源的重要方面不在于当前值，而在于保证时间源严格线性递增，因此可用于计算两次采样之间的时间差。

单调时间适合计算相对时间，而挂钟时间则适合测量绝对时间。这三种时间测量方式可以用两种格式表示：
- 相对时间 ：是相对于某个基准的值，例如当前时刻，如从现在起 5 秒后，或 10 分钟前。
- 绝对时间 ：表示时间时不依赖于任何基准，例如 1