前言
我们日常生活中对于时间再熟悉不过了，但如果问你时间究竟是什么？仔细想想或许没那么简单。比如时间究竟是绝对的还是相对的呢？时间有没有起点和终点？时间流动的时候，是连续的？还是离散的呢？
当我们觉得时间只是一串简单的数字时，或许并不会想到这些复杂的问题，同样我们看到计算机上的时间数字，也无法感受其复杂的背后。
所以，本期我们就单纯的站在计算机的角度，来聊聊操作系统里的时间子系统模块。关于时间的维度
在说具体模块之前，先说说时间的维度。
其实我们始终对于时间有很强烈的需求，这种需求源于我们自身需要知道现在处于什么时间，以及如何描述一段时间，也就是时刻和时段的概念。
那我们所处的某一刻怎么描述？需要解决两个难点，一个是如何找到一个规律且实用的体系，一个是如何描述的精确。精确很重要，如果不能精确地描述时间，只说某个粗略的时间段，那么传递信息的偏差就会很大。
所以古人很早通过观察天象以及自然的变化规律，以地球自转和公转的周期去记录时间的流逝，比如中国古代会按照天干地支以60年为一个轮回去循环记录一年又一年，同时把1年分为数月，每月再分为若干天，每天再分为多少时辰，每个时辰又分几刻，这样基本上可以很清楚的体现地球运转的规律，同时也可以精确的描述时刻和时段，比如癸卯年七月初二卯时三刻。
而现如今我们则采用公元纪年法，相比之下精确到秒的维度，可以让时间更加精确，同时让更多的人处在同一个时间线之下。多个层级的时间维度包括：60秒=1分钟，60分钟=1小时，24小时=1天，365天=1年等；
对日常生活来说我们精确到秒已经足够了，但其实在科研中还需要更高的精度，于是便把1秒的1/1000叫1毫秒，1毫秒的1/1000叫做1微秒，1微秒的1/1000叫做1纳秒，用以更精确的表示时间。
那计算机中的时间是用什么维度表示呢？
其实相比人类常使用的多维度时间的表示，计算机只能处理单维度的时间表示。所以产生了个问题，那就是如果用秒作为基本单位，精度显然达不到，但如果用纳秒作为基本单位的话，数值又太大。所以计算机中的时间采用的是两层表示维度，超过1秒的时间用秒表示，不够一秒的时间用纳秒表示，每10亿纳秒向前进位一秒。这样计算机中时间处理就非常方便了。Linux内核中的时间
很多年前，大家都会在家里使用挂钟、座钟之类的查看时间，也包括日常佩戴的手表，但现如今很多人手表戴的也少了，更多的是用手机看时间，除此之外，手机还有计时，闹钟等功能。
而手机上的这些时间相关功能主要由计算机系统提供，我们把这些功能可以看成一个个的APP，比如安卓手机的时钟APP需要安卓操作系统（Linux内核）的支持，内核的时间子系统的实现也需要有相关硬件的支持。
下面介绍几个Linux kernel中和时间相关的基本概念
1、系统时钟（system clock）
时间就像是一条没有起点、没有终点的线段，除了要给出度量单位（例如秒），还要给出参考点。对于linux kernel而言，这个参考点就是Linux Epoch。
所谓linux Epoch其实就是1970年1月1日0点0分0秒（UTC）的时间点。虽然人类喜欢年、月、日、时、分、秒这些概念，不过对于计算机，更喜欢使用当前的时间点到linux epoch的秒数。一个符合POSIX标准的系统必须提供系统时钟，以不小于秒的精度来记录到linux epoch的时间值。
内核支持的system clock定义如下：
CLOCK_REALTIME是描述真实世界的时钟（这里的英文realtime有两个意思，一个表示真实的时间的意思，另外一个是实时性的意思，需要根据上下文判断，我们这个场景当然不是讲实时性），就类似挂在墙上的钟表一样，告知人类当前的时间。当然，家里的钟表你当然可以按照你的意愿向前或者向后调整。CLOCK_MONOTONIC是一个禁止人为设定的真实世界的时钟，你没有办法设定它，但是可以通过NTP协议进行调整。更多的system clock ID会在后续的文章中给出详细定义
2、 broken-down POSIX time
在time line上以linux epoch为参考点，用到参考点的秒数来表示timeline上的某个时间点的方法对于计算机而言当然是方便的，不过对于使用计算机的人类而言，我们更习惯broken-down time，也就是将那个冰冷的到参考点的秒数值分解成年月日时分秒。在内核中用下面的数据结构表示：
3、不同精度的时间表示
传统的unix使用了基于秒的时间定义，相关的数据结构是time_t：
time_t是POSIX标准定义的一个以秒计的时间值。例如大家都比较熟悉的time函数，可以获取一个从linux Epoch到当前时间点的秒值，该函数的返回值类型就是time_t的。如果time_t被实现成一个signed 32-bit integer，那么实际上在2038年的时候就会有溢出问题。
随着应用的发展，秒精度已经无法满足要求，因此出现了微秒精度的时间表示：
struct timeval 的概念和time_t是一样的，只不过多了一个微秒的成员，将时间的精度推进到微秒级别。在计算当前时刻到epoch时间点的微秒数值的时候可以使用公式：tv_sec x 10^6 + tv_usec。
由于实时应用程序的需求，POSIX标准最终将时间精度推进到纳秒，纳秒精度的时间表示如下：
根据POSIX标准，timeline上一个时间点的值用struct timespec来表示，它应该最少包括：
成员数据类型成员的名字
描述
time_t
tv_sec
该时间点上的秒值，仅在大于或者等于0的时候有效。
long
tv_nsec
该时间点上的ns值，仅在大于或者等于0，并且小于10^9纳秒的时候有效。
struct timespec和struct timeval概念类似，这里不再赘述。
部分内容转载自蜗窝科技
原文链接：http://www.wowotech.net/timer_subsystem/time_concept.html
