1. timekeeping

timekeeping是时间子系统用于从clocksource获取时间，维护墙上时间、单调递增时间、启动时间的模块，timekeeping提供了各种时间的获取接口。其核心数据为tk_core，实现了对timekeeper的加锁访问。

/** The most important data for readout fits into a single 64 byte* cache line.*/
static struct {seqcount_raw_spinlock_t    seq;struct timekeeper    timekeeper;
} tk_core ____cacheline_aligned = {.seq = SEQCNT_RAW_SPINLOCK_ZERO(tk_core.seq, &timekeeper_lock),
};static struct timekeeper shadow_timekeeper;

timekeeping_init主要就是在对tk_core.timekeeper进行初始化。下面是timekeeping_init函数总体流程

1. read_persistent_wall_and_boot_offset读取wall_time和boot_offest。默认为0。1
2. 验证wall_time和boot_offset是否正确，不正确则设置为0
3. 计算wall_to_mono
4. 获取锁，开始修改tk
5. ntp_init（Network Time Protocol）
6. clocksource_default_clock获取默认clock并enable，clocksource默认为clocksource_jiffies，在probe timer后会切换clocksource
7. tk_setup_internals、tk_set_xtime、tk_set_wall_to_mono和timekeeping_update设置tk
8. 释放锁

2. 计算墙上时间、启动时间差值

wall_time墙上时间：自然时间，也就是真实世界的时间。timekeeper里用xtime表示。

boot_time：系统启动的时间

boot_offset = wall_time - boot_time
wall_time + wall_to_mono = boot_time

read_persistent_wall_and_boot_offset读取时钟，这个函数是一个 __weak的函数，默认设置wall_time和boot_offset为0，如果支持rtc时钟，可以读取rtc时钟里的值。

校验wall_time的正确性，如果时间格式正确，而且不为0，则表示有断电不失效的时钟，则设置persistent_clock_exists为true，否则，wall_time必须为0。

校验完wall_time后，再检查boot_offset是否正确，boot_offset不能比wall_time还要晚。

wall_to_mono，将墙上时间转为单调递增时间。单调递增时间是即从某个时间点开始到现在过去的时间。用户不能修改这个时间，但是当系统进入休眠（suspend）时，时间也不会增加的。更改系统时间也不会对mono时间产生影响。

接下来就是比较重要的初始化timekeeper的部分了。

3. timekeeper初始化

tk_core.timekeeper受自旋锁timekeeper_lock和读写顺序锁tk_core.seq保护。

首先需要获取锁。

ntp_init，ntp（Network Time Protocol，网络时间协议）相关初始化，暂不分析。

3.1. 默认时钟源

clocksource_default_clock用于获取默认时钟源，这是一个 __weak函数，默认使用clocksource_jiffies作为时钟源，精度很低，如果有更精确的时钟源，可以重新实现此函数。这里设置一个时钟源，是为了防止调用获取时间的接口时出现问题。后续有新的时钟源注册时，会替换掉低精度的时钟源。

/** The Jiffies based clocksource is the lowest common* denominator clock source which should function on* all systems. It has the same coarse resolution as* the timer interrupt frequency HZ and it suffers* inaccuracies caused by missed or lost timer* interrupts and the inability for the timer* interrupt hardware to accurately tick at the* requested HZ value. It is also not recommended* for "tick-less" systems.*/
static struct clocksource clocksource_jiffies = {.name            = "jiffies",.rating            = 1, /* lowest valid rating*/.uncertainty_margin    = 32 * NSEC_PER_MSEC,.read            = jiffies_read,.mask            = CLOCKSOURCE_MASK(32),.mult            = TICK_NSEC << JIFFIES_SHIFT, /* details above */.shift            = JIFFIES_SHIFT,.max_cycles        = 10,
};

获取时钟源后，如果该时钟源有enable回调，则需要调用该函数来使能。

3.2. tk_setup_internals

tk_setup_internals来初始化tk_core.timekeeper的一些内部成员。

其中比较中要的是tkr_mono和tkr_raw，使用默认时钟对这两个成员初始化，用于给获取时间的接口提供时钟源，比如ktime_get接口。在后续有更高精度的时钟之后，会进行更新。

3.3. 设置时间

tk_set_xtime墙上时间

根据之前计算出的wall_time设置tk_core.timekeeper的xtime_sec和tkr_mono.xtime_nsec。

tk->raw_sec = 0，这是CLOCK_MONOTONIC_RAW

根据之前计算出的wall_to_mono，调用tk_set_wall_to_mono设置一些offs_real和offs_tai，这些offset在调用时间获取接口时会用到。

static void tk_set_wall_to_mono(struct timekeeper *tk, struct timespec64 wtm)
{struct timespec64 tmp;/** Verify consistency of: offset_real = -wall_to_monotonic* before modifying anything*/set_normalized_timespec64(&tmp, -tk->wall_to_monotonic.tv_sec,-tk->wall_to_monotonic.tv_nsec);WARN_ON_ONCE(tk->offs_real != timespec64_to_ktime(tmp));tk->wall_to_monotonic = wtm;set_normalized_timespec64(&tmp, -wtm.tv_sec, -wtm.tv_nsec);tk->offs_real = timespec64_to_ktime(tmp);tk->offs_tai = ktime_add(tk->offs_real, ktime_set(tk->tai_offset, 0));
}

4. timekeeping_update

timekeeping_update是最终完成各种时间基准初始化的函数。

/* must hold timekeeper_lock */
static void timekeeping_update(struct timekeeper *tk, unsigned int action)
{if (action & TK_CLEAR_NTP) {tk->ntp_error = 0;ntp_clear();}tk_update_leap_state(tk);tk_update_ktime_data(tk);update_vsyscall(tk);update_pvclock_gtod(tk, action & TK_CLOCK_WAS_SET);tk->tkr_mono.base_real = tk->tkr_mono.base + tk->offs_real;update_fast_timekeeper(&tk->tkr_mono, &tk_fast_mono);update_fast_timekeeper(&tk->tkr_raw,  &tk_fast_raw);if (action & TK_CLOCK_WAS_SET)tk->clock_was_set_seq++;/** The mirroring of the data to the shadow-timekeeper needs* to happen last here to ensure we don't over-write the* timekeeper structure on the next update with stale data*/if (action & TK_MIRROR)memcpy(&shadow_timekeeper, &tk_core.timekeeper,sizeof(tk_core.timekeeper));
}

tk_update_leap_state闰秒调整

4.1. tk_update_ktime_data：tkr_mono和tkr_raw设置

tk->tkr_mono.base

tk->tkr_raw.base

tk->ktime_sec

tk->tkr_mono.base_real = tk->tkr_mono.base + tk->offs_real

4.2. update_fast_timekeeper

除了tkr_mono和tkr_raw两个struct tk_read_base，linux内核还定义了两个struct tk_fast，tk_fast_mono和tk_fast_raw。这两个是用来实现NMI safe的。

/*** struct tk_fast - NMI safe timekeeper* @seq:    Sequence counter for protecting updates. The lowest bit*        is the index for the tk_read_base array* @base:    tk_read_base array. Access is indexed by the lowest bit of*        @seq.** See @update_fast_timekeeper() below.*/
struct tk_fast {seqcount_latch_t    seq;struct tk_read_base    base[2];
};

/** Boot time initialization which allows local_clock() to be utilized* during early boot when clocksources are not available. local_clock()* returns nanoseconds already so no conversion is required, hence mult=1* and shift=0. When the first proper clocksource is installed then* the fast time keepers are updated with the correct values.*/
define FAST_TK_INIT                        \{                            \.clock        = &dummy_clock,            \.mask        = CLOCKSOURCE_MASK(64),        \.mult        = 1,                \.shift        = 0,                \}static struct tk_fast tk_fast_mono ____cacheline_aligned = {.seq     = SEQCNT_LATCH_ZERO(tk_fast_mono.seq),.base[0] = FAST_TK_INIT,.base[1] = FAST_TK_INIT,
};static struct tk_fast tk_fast_raw  ____cacheline_aligned = {.seq     = SEQCNT_LATCH_ZERO(tk_fast_raw.seq),.base[0] = FAST_TK_INIT,.base[1] = FAST_TK_INIT,
};

可以对比一下，访问tkr_mono和tkr_raw时，用的是read_seqcount_begin和read_seqcount_retry，而访问tk_fast_mono和tk_fast_raw用的是raw_read_seqcount_latch和read_seqcount_latch_retry。

具体可以看内核ktime_get_mono_fast_ns和ktime_get_raw_fast_ns等函数的解释。

    update_fast_timekeeper(&tk->tkr_mono, &tk_fast_mono);update_fast_timekeeper(&tk->tkr_raw,  &tk_fast_raw);

以tk_fast_mono为例，update_fast_timekeeper是把timekeeper的tkr_mono复制到

tk_fast_mono的base数组，保存两份是为了保证在修改一个时，可以用另一个来获取正确的数值。

4.3. shadow_timekeeper

如果action指定了TK_MIRROR，则将tk_core.timekeeper备份到shadow_timekeeper，shadow_timekeeper可以用于在resume后恢复timekeeper。这个动作需要在最后进行，以确保在下一次更新时不会用过时的数据重写timekeeper。

最后再释放一下锁，这样timekeeping就初始化好了。

在timer_probe时，会注册精度更高的clocksource，这样就可以获取各种时间。