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jiffies相关时间比较函数time_after、time_before详解
1. jiffies简介
首先，操作系统有个系统专用定时器(system timer)，俗称滴答定时器，或者系统心跳。
全局变量jiffies取值为自操作系统启动以来的时钟滴答的数目，数据类型为 unsigned long volatile (32位无符号长整型)，最大取值是2^32-1。
2. jiffies与秒的转换
将 jiffies转换为秒，可采用公式：(jiffies/HZ) 计算。
将 秒转换为jiffies，可采用公式：(seconds*HZ) 计算。
示例(本博客后面将介绍涉及到的time_before)：
unsgned long delay = jiffies + 2*HZ;
while(time_before(jiffies, delay)); // 忙等待两秒，占用CPU的一个核心，期间不执行调度
3. jiffies的溢出介绍
当时钟中断发生时，jiffies值就加1。
假定HZ=100，那么1个jiffies等于1/100 秒，jiffies可记录的最大秒数为(2^32 -1)/100=42949672.95秒，约合497天或1.38年，
当取值到达最大值时仍继续加1，就变为了0！
即HZ=100时，连续累加的溢出时间是一年又四个多月，如果程序对jiffies的溢出没有加以充分考虑，那么在连续运行一年又四个多月后，这些程序还能够稳定运行吗？
4. 示例1，一个 jiffies溢出造成程序逻辑出错 的示例
复制代码
unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; /* timeout in 0.5s */
/* do some work ... */
do_somework();
/* then see whether we took too long */
if (timeout jiffies) {
/* we did not time out, call no_timeout_handler() ... */
no_timeout_handler();
} else {
/* we timed out, call timeout_handler() ... */
timeout_handler();
}
复制代码
本例的意图：
从当前时间起，如果在0.5秒内执行完do_somework()，则调用no_timeout_handler()。如果在0.5秒后执行完do_somework()，则调用timeout_handler()。
然后当溢出时呢？ 该意图会被打破吗？
假设程序开始执行前，timeout值已经接近最大值(即2^32-1 ) ，jiffies的值是(timeout-HZ/2)，
之后do_some_work执行了挺久(超过0.5秒)，jiffies的值也发生了溢出(jiffies做自增操作的中途超过了32位无符号数的最大值)，
溢出后的值，可能是很小的一个数字，所以造成jiffies的值 timeout,
之后的代码执行流就走到了no_time_handler()这里，这显然和程序设计者的初衷(意图)是违背的。
5. Linux内核如何来防止jiffies溢出
Linux内核中提供了一些宏，可有效地解决由于jiffies溢出而造成程序逻辑出错的情况。
PS：下图源自Linux Kernel version 3.10.14
* time_after：
* time_after(a,b) returns true if the time a is after time b.
同时根据 #define time_before(a,b) time_after(b,a) ，我们可以知道
* time_before(a,b) returns true if the time b is after time a.
6. time_after 在驱动代码中的应用展示
7. time_after等用于时间比较的宏的原理简介
下面的文字摘录自博文：
读者先大致浏览一遍即可，不必纠结于绞尽脑汁的细节理解, 后面我将表达个人理解，读者也可以直接向下浏览，看我的个人理解。
/**********************************开始摘录********************************************/
我们仍然以8位无符号整型(unsigned char)为例来加以说明。仿照上面的time_after宏，我们可以给出简化的8位无符号整型对应的after宏：
#define uc_after(a, b) ((char)(b) - (char)(a) 0)
设a和b的数据类型为unsigned char，b为临近8位无符号整型最大值附近的一个固定值254，下面给出随着a（设其初始值为254）变化而得到的计算值：
a b (char)(b) - (char)(a)
254 254 0
255 - 1
0 - 2
1 - 3
...
124 -126
125 -127
126 -128
127 127
128 126
...
252 2
253 1
从上面的计算可以看出，设定b不变，随着a（设其初始值为254）不断增长1，a的取值变化为：
254, 255, (一次产生溢出)
0, 1, ..., 124, 125, 126, 127, 126, ..., 253, 254, 255, (二次产生溢出)
0, 1, ...
...
而(char)(b) - (char)(a)的变化为：
0, -1,
-2, -3, ..., -126, -127, -128, 127, 126, ..., 1, 0, -1,
-2, -3, ...
...
从上面的详细过程可以看出，当a取值为254，255, 接着在（一次产生溢出）之后变为0，然后增长到127之前，uc_after(a,b)的结果都显示a是在b之后，这也与我们的预期相符。但在a取值为 127之后， uc_after(a,b)的结果却显示a是在b之前。
从上面的运算过程可以得出以下结论：
使用uc_after(a,b)宏来计算两个8位无符号整型a和b之间的大小（或先/后，before/after），那么a和b的取值应当满足以下限定条件：
. 两个值之间相差从逻辑值来讲应小于有符号整型的最大值。
. 对于8位无符号整型，两个值之间相差从逻辑值来讲应小于128。
从上面可以类推出以下结论：
对于time_after等比较jiffies先/后的宏，两个值的取值应当满足以下限定条件：
两个值之间相差从逻辑值来讲应小于有符号整型的最大值。
对于32位无符号整型，两个值之间相差从逻辑值来讲应小于2147483647。
对于HZ=100，那么两个时间值之间相差不应当超过2147483647/100秒 = 0.69年 = 248.5天。
对于HZ=60，那么两个时间值之间相差不应当超过2147483647/60秒 = 1.135年。
在实际代码应用中，需要比较的先/后的两个时间值之间一般都相差很小，范围大致在1秒~1天左右，所以以上time_after等比较时间先 /后的宏完全可以放心地用于实际的代码中。
/***********************************摘录结束******************************************/
看完这段文字，感觉有点绕的，那么原理到底是啥呢？ 是一堆数学计算吗？是啊 ，就是这数学规律！
凡事都是有利有弊的，针对一件事物的优化，有利处，必然带来不利之处，从哲学角度来进行理解，事物的两面性。
本文第4部分，示例1介绍了jiffies的一个例子，它的弊处是会溢出，如果我们不抓住溢出这个弊处来看待这件事物，那么timeout的值可以做的很大，这是优势。
然而溢出是真实存在的，无法满足客观需求的，所以需要改进，
从该数学规律入手进行改进后，不溢出了，这是优势，
但是改进后对timeout的值也缩小了使用范围，这是为了达到该优势所带来的必要开销或损耗。这就是事物的两面性。
8. 示例2，对示例1进行改进：使用time_before宏后的正确代码
复制代码
unsigned long timeout = jiffies + HZ/2; /* timeout in 0.5s */
/* do some work ... */
do_somework();
/* then see whether we took too long */
if (time_before(jiffies, timeout)) {
/* we did not time out, call no_timeout_handler() ... */
no_timeout_handler();
} else {
/* we timed out, call timeout_handler() ... */
timeout_handler();
}
复制代码
.
/************* 社会的有色眼光是：博士生、研究生、本科生、车间工人; 重点大学高材生、普通院校、二流院校、野鸡大学; 年薪百万、五十万、五万; 这些都只是帽子,可以失败千百次，但我和社会都觉得，人只要成功一次，就能换一顶帽子，只是社会看不见你之前的失败的帽子。 当然，换帽子决不是最终目的，走好自己的路就行。 杭州.大话西游 *******/
分类: Linux驱动
标签: 内核编程
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一匹夫
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posted @ 2021-01-30 14:39 一匹夫 阅读(2508) 评论(0) 编辑 收藏 举报
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最新评论
1. Re:在KEIL下查看单片机编程内存使用情况
@HQ_嗨海 谢谢...
--一匹夫
2. Re:如何更好地谋生，从事嵌入式软件开发五年的感悟和职业焦虑
说的不错
--Chance_21_12_12
3. Re:在KEIL下查看单片机编程内存使用情况
感谢大佬
--HQ_嗨海
Copyright © 2023 一匹夫
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什么时候会用到开窗函数呢？下面介绍使用场景：
表test1数据如下：
现在我们有需求：查出它们每个年级（class）的平均分数，预期结果格式如下：
我们可以看到，根据年级class求avg()聚合后的 数据会变少一条 ，但是，我们 既要显示聚合前的数据又要显示聚合后的数据 ，这个时候就要使用开窗函数。
测试：
查询数据：
返回结果：
出现的两个问题：
1.如果我们在partition by class加一个order by id会出现什么问题
返回结果：
可以看到class为1的两条avg值不一致，这是因为order by id是来一条数据处理一条，所以第一条class为1的数据来的只能是99/1=99。
我们可能会这样想，先查询出数据放到一张临时表，然后在开窗，根据class分区，再根据id排序，可是结果并不是根据id全局有序的
返回结果：
因为它是按照分区排序的，所以是分区内有序。
另外，我们和group by分组做个对比
原始数据如下
我们可能会想，为什么同样在这里使用了聚合函数sum()，数据条数变少了，我们为什么没有开窗呢？
这里使用group by进行了分组，根据id和时间进行分组。
那我们想是否上面也可以使用group by 而不使用开窗呢？
如下sql是否可以呢？
返回结果：
答案是不可以。因为我们select了多个字段，所以我们要根据多个字段来分组，class相同再根据id分组，id相同再根据score分组。导致我们不能仅仅根据class分组，也就导致最后分组出来的数据除了class、id、score都相同的两条数据能够聚合，否则都是单条数据自己聚合。
所以我们要使用group by就只能选取单个字段
返回结果
调用window库窗口函数即可创建windows窗口。
必须使用windows的编译器，如VC，MS等等。
RegisterClassEx函数：
该函数注册在随后调用CreateWindow函数和CreateWindowEx函数中使用的窗口类。 RegisterClass函数己经由函数RegisterClassEx函数来代替，但是，如果不需要设置类的小目标则仍然可以使用RegisterClass函数。
CreateWindowEx函数：
该函数创建一个具有扩展风格的层叠式窗口、弹出式窗口或子窗口，其他与CreateWindow函数相同。关于创建窗口和其他参数的内容，请参看CreateWindow。具体仍可见微软的msdn。
消息处理函数WindowProc：
该函数是一个应用程序定义的函数。它处理发送给窗口的消息。WINDPROC类型定义了一个指向该回调函数的指针。WindowProc是用于应用程序定义函数的占位符。
函数原型：
LRESULT CALLBACK WindowProc (HWND hwnd,
UINT uMsg,
WPARAM wParam,
LPARAM lParam);
参数：
hwnd：指向窗口的句柄。
uMsg：指定消息类型。
wParam：指定其余的、消息特定的信息。该参数的内容与UMsg参数值有关。
IParam：指定其余的、消息特定的信息。该参数的内容与uMsg参数值有关。
返回值：返回值就是消息处理结果，它与发送的消息有关。
一个简单的Window的代码如下：
#include Windows.h
#include tchar.h
LRESULT WINAPI WinProc(HWND hWnd,UINT Msg,WPARAM wParam,LPARAM lParam);
int WinMain(
__in HINSTANCE hInstance,
__in_opt HINSTANCE hPrevInstance,
__in LPSTR lpCmdLine,
__in int nShowCmd
)
{
TCHAR *szName = _T("myWindow");
WNDCLASSEX wc = {0};
HWND hWnd = NULL;
MSG Msg = {0};
wc.cbClsExtra = 0;
wc.cbWndExtra = 0;
wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
wc.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH);//通过函数来设置一个白色的背景，这里大家设置为NULL看看，会很有趣的
wc.hCursor = NULL;//不设置
wc.hIcon = NULL;//不设置
wc.hIconSm = NULL;//不设置
wc.hInstance = hInstance;//当前程序的句柄，hInstance是有系统给传递的
wc.lpfnWndProc = WinProc;//窗口处理过程的回调函数。
wc.lpszClassName = szName;//窗口类的名字。
wc.lpszMenuName = NULL;
wc.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
RegisterClassEx(wc);//在系统中注册
hWnd = CreateWindowEx(WS_EX_CLIENTEDGE,szName,_T("我的窗口我喜欢"),WS_OVERLAPPEDWINDOW,
200,100,600,400,NULL,NULL,hInstance,NULL);//创建窗口，窗口标题为"我的窗口我喜欢"
if(hWnd == NULL)
{
MessageBox(NULL,_T("There's an Error"),_T("Error Title"),MB_ICONEXCLAMATION|MB_OK);
return 0;
}
ShowWindow(hWnd,nShowCmd);//显示窗口
UpdateWindow(hWnd);
//下面是对消息的循环处理，大家先不必管这些，下节课我会细说的
while(GetMessage(Msg,NULL,0,0))
{
TranslateMessage(Msg);//翻译消息
DispatchMessage(Msg);//分派消息
}
return Msg.message;
}
//消息处理函数
LRESULT WINAPI WinProc(HWND hWnd,UINT Msg,WPARAM wParam,LPARAM lParam)
{
switch(Msg)//处理消息过程
{
case WM_DESTROY://响应鼠标单击关闭按钮事件
PostQuitMessage(0);//退出消息队列
return 0;//退出函数
}
return DefWindowProc(hWnd,Msg,wParam,lParam);
}
要用C语言编写一个窗体应用程序需要调用系统或第三方提供的API函数，一般的步骤是：
定义窗口类
注册窗口类
创建窗口
显示、更新窗口
进行消息循环，不断处理窗口消息
