Question

假设我们有以下代码：

if (timeout > jiffies)
{
    /* we did not time out, good ... */
}
else
{
    /* we timed out, error ...*
}

当jiffies值不溢出时，此代码工作正常。但是，当jiffies溢出并回绕到零时，此代码无法正常工作。

Linux显然提供了用于处理此溢出问题的宏

#define time_before(unknown, known) ((long)(unkown) - (long)(known) < 0)

以上代码在被这个宏替换时应该可以安全地防止溢出：

// SAFE AGAINST OVERFLOW
if (time_before(jiffies, timeout)
{
    /* we did not time out, good ... */
}
else
{
    /* we timed out, error ...*
}

但是，time_before（以及其他时间_宏）背后的理由是什么？

time_before（jiffies，timeout）将扩展为

((long)(jiffies) - (long)(timeout) < 0)

此代码如何防止溢出问题？

Answer 1

让我们试一试：

#define time_before(unknown, known) ((long)(unkown) - (long)(known) < 0)

我会通过说long只有两个字节来简化很多事情，所以在十六进制中它可以有[0, 0xFFFF]范围内的值。

现在，它已经签名，因此范围[0,0xFFFF]可以分为两个单独的范围[0,0x7FFF]，[0x8000,0xFFFF]。那些对应于值[0,32767]，[ - 32768，-1]。这是一个图表：

[0x0      -              -                  -               0xFFFF]
[0x0                       0x7FFF][0x8000                   0xFFFF]
[0                         32,767][-32,768                      -1]

说timeout是32,000。我们想检查一下是否在我们的超时时间内，但事实上我们已经溢出，所以jiffies是-31,000。因此，如果我们天真地尝试评估jiffies < timeout，我们会得到True。但是，插入值：

   time_before(jiffies, offset)
== ((long)(jiffies) - (long)(offset) < 0)
== (-31000 - 32000 < 0)             // WTF is this. Clearly NOT -63000
== (-31000 - 1768 - 1 - 30231 < 0)  // simply expanded 32000
== (-32768 - 1 - 30232 < 0)         // this -1 causes an underflow
== (32767 - 30232 < 0)
== (2535 < 0)
== False

jiffies是4个字节，而不是2个字节，但同样的原则适用。这有帮助吗？

Answer 2

例如，请参见：http://fixunix.com/kernel/266713-%5Bpatch-1-4%5D-fs-autofs-use-time_before-time_before_eq-etc.html

将一些固定的小常量检查溢出的代码转换为使用time_before。为什么？

我只是总结了与定义相关的评论   time_after等功能：

include/linux/jiffies.h:93

 93 /*
 94  *      These inlines deal with timer wrapping correctly. You are 
 95  *      strongly encouraged to use them
 96  *      1. Because people otherwise forget
 97  *      2. Because if the timer wrap changes in future you won't have to
 98  *         alter your driver code.
 99  *
100  * time_after(a,b) returns true if the time a is after time b.
101  *

因此，time_before和time_after是处理溢出的更好方法。

您的测试用例更可能是timeout < jiffles（没有溢出）而不是timeout > jiffles（溢出）：

unsigned long jiffies = 2147483658;
unsigned long timeout = 10;

如果您将超时更改为

unsigned long timeout = -2146483000;

什么是答案？

或者您可以从

更改支票

printf("%d",time_before(jiffies,timeout));

到

printf("%d",time_before(jiffies,old_jiffles+timeout));

其中old_jiffles是在计时器开始时保存的jiffles值。

所以，我认为time_before的用法可以是：

old_jiffles=jiffles;
timeout=10;  // or even 10*HZ for ten-seconds

do_a_long_work_or_wait();

//check is the timeout reached or not
if(time_before(jiffies,old_jiffles+timeout) ) {
  do_another_long_work_or_wait();
} else {
  printk("ERRROR: the timeout is reached; here is a problem");
  panic();
}

Answer 3

鉴于jiffies是一个无符号值，一个简单的比较在一个环绕点（其中有符号值将从正跳转到负数）是安全的，但在另一个点上不安全（其中有符号值将从负数跳转）为正，无符号值从高到低跳转。它是对宏旨在解决的第二点的保护。

有一个基本假设，timeout最初在某个最近时间点计算为jiffies + some_offset - 具体来说，不到一半的范围变量。如果您尝试测量的时间超过此时间，那么事情就会中断，您将得到错误的答案。

如果我们假装jiffies是16位宽，以方便解释（类似于其他答案）：

`timeout > jiffies`

这是一个无符号比较，如果我们尚未达到超时，则返回true。一些例子：

timeout == 0x0300, jiffies == 0x0100：结果是正确的，正如所料。
timeout == 0x8100, jiffies == 0x7F00：结果是正确的，正如所料。
timeout == 0x0100, jiffies == 0xFF00：哎呀，结果是假的，但我们没有真的达到超时，它只是把计数器包好了。
timeout == 0x0100, jiffies == 0x0300：结果是假的，正如所料。
timeout == 0x7F00, jiffies == 0x8100：结果是假的，正如所料。
timeout == 0xFF00, jiffies == 0x0100：oops，结果为true，但我们确实超时了。

time_before（jiffies，timeout）

这对值的差异进行了签名比较，而不是值本身，如果尚未达到超时，则再次返回true。如果维持上述假设，则使用相同的示例：

timeout == 0x0300, jiffies == 0x0100：结果是正确的，正如所料。
timeout == 0x8100, jiffies == 0x7F00：结果是正确的，正如所料。
timeout == 0x0100, jiffies == 0xFF00：结果是正确的，正如所料。
timeout == 0x0100, jiffies == 0x0300：结果是假的，正如所料。
timeout == 0x7F00, jiffies == 0x8100：结果是假的，正如所料。
timeout == 0xFF00, jiffies == 0x0100：结果是假的，正如所料。

如果在计算timeout时使用的偏移量太大，或者在计算timeout后允许太多时间通过，则结果仍然可能是错误的。例如。如果你计算timeout一次然后只是反复测试，那么time_before最初会为真，然后在偏移时间过后变为假 - 然后在0x8000时间之后再次变回真已经过去了（不管多长时间;它取决于滴答率）。这就是为什么当你达到超时时，你应该记住这一点并停止检查时间（或重新计算新的超时）。

在真实内核中，jiffies超过16位，因此它需要更长的时间来换行，但如果机器运行的时间足够长，它仍然可以。（并且通常它会在启动后不久进行换行，以便更快地捕获这些错误。）

linux如何在jiffies中处理溢出？

3 个答案:

`timeout > jiffies`

time_before（jiffies，timeout）