一、任务详情

自学教材第5章，提交学习笔记（10分），评分标准如下

知识点归纳以及自己最有收获的内容，选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容（4分）
问题与解决思路，遇到问题最先使用chatgpt等AI工具解决，并提供过程截图（3分）
实践过程截图，代码链接（2分）
其他（知识的结构化，知识的完整性等，提交markdown文档，使用openeuler系统等）（1分）

二、知识点归纳

1.第五章定时器及时钟服务

5.1 硬件定时器

定时器是由时钟源和可编程计数器组成的硬件设备。时钟源通常是一个晶体振荡器，会产生周期性电信号，以精确的频率驱动计数器。使用一个倒计时值对计数器进行编程，每个时钟信号减1。当计数减为0时，计数器向CPU生成一个定时器中断，将计数值重新加载到计数器中，并重复倒计时。计数器周期称为定时器刻度，是系统的基本计时单元。

5.2 个人计算机定时器

（1）实时时钟(RTC):RTC由一个小型备用电池供电。即使在个人计算机关机时，它也能连续运行。它用于实时提供时间和日期信息。当Linux启动时，它使用RTC更新系统时间变量，以与当前时间保持一致。在所有类Unix系统中，时间变量是一个长整数，包含从1970年1月1日起经过的秒数。
（2）可编程间隔定时器(PIT):PIT是与CPU分离的一个硬件定时器。可对它进行编程，以提供以毫秒为单位的定时器刻度。在所有IO设备中，PIT可以最高优先级IRQ0中断。PIT定时器中断由Linux内核的定时器中断处理程序来处理，为系统操作提供基本的定时单元，例如进程调度、进程间隔定时器和其他许多定时事件。
（3）多核CPU中的本地定时器:在多核CPU中，每个核都是一个独立的处理器,它有自已的本地定时器，由 CPU时钟驱动。
（4）高分辨率定时器：大多数电脑都有一个时间戳定时器（TSC)，由系统时钟驱动。它的内容可通过64位TSC寄存器读取。由于不同系统主板的时钟频率可能不同，TSC不适合作为实时设备，但它可提供纳秒级的定时器分辨率。一些高端个人计算机可能还配备有专用高速定时器，以提供纳秒级定时器分辨率。

5.3 CPU操作

每个CPU都有一个程序计数器（PC)，也称为指令指针（IP)，以及一个标志或状态寄存器（SR)、一个堆栈指针(SP)和几个通用寄存器，当PC指向内存中要执行的下一条指令时，SR包含CPU的当前状态，如操作模式、中断掩码和条件码，SP指向当前堆栈栈顶。堆栈是CPU用于特殊操作（如 push、pop调用和返回等）的一个内存区域。CPU操作可通过无限循环进行建模：

while (power-on) {
  (1) fetch instruction: load *PC as instruction, increment PC to point to the next instruction in memory;
  (2) decode instruction: interpret the instruction's operation code and generate operands;
  (3) execute instruction: perform operation on operands/ write results to memory if needed; execution may use the stack, implicitly change PC, etc.
  (4) check for pending interrupts; may handle interrupts;
}

在以上各步骤中，由于无效地址、非法指令、越权等原因，可能会出现一个错误状态，称为异常或陷阱。当CPU遇到异常时，它会根据内存中预先安装的指针来执行软件中的异常处理程序。在每条指令执行结束时，CPU会检查挂起的中断。中断是I/O设备或协处理器发送给CPU的外部信号，请求CPU服务。如果有挂起的中断请求，但是CPU未处于接受中断的状态，即它的状态寄存器已经屏蔽了中断，CPU会忽略中断请求，继续执行下一条指令。否则，它将直接执行中断处理。在中断处理结束时，它将恢复指令的正常执行。中断处理和异常处理都在操作系统内核中进行。在大多数情况下，用户级程序无法访问它们，但它们是理解操作系统(如Linux)定时器服务和信号的关键。

5.4 中断处理

外部设备的中断被馈送到中断控制器的预定义输入行，按优先级对中断输入排序，并将具有最高优先级的中断作为中断请求路由到CPU。对于每个中断，可以编程中断控制器以生成一个唯一编号，叫做中断向量。

5.5 时钟服务函数

在几乎所有的操作系统(OS)中，操作系统内核都会提供与时钟相关的各种服务，时钟服务可通过系统调用、库函数和用户级命令调用。在本节中，我们将介绍Linux的一些基本时钟服务函数：

5.5.1 gettimeofday-settimeofday

gettimeofday() 获取当前时间：

#include <string.h>
#include <sys/time.h>
int main()
{
    struct timeval tv;

   gettimeofday(&tv, NULL);

   printf("tv_sec: %d\n", tv.tv_sec);
   printf("tv_usec: %d\n", tv.tv_usec);

   return 0;
}

5.5.2 time系统调用

time_t time(time_t *t)
以秒为单位返回当前时间。如果参数t不是NULL，还会将时间存储在t指向的内存中。time系统调用具有一定的局限性，只提供以秒为单位的分辨率，而不是以微秒为单位。以下是如何获取以秒为单位的系统时间的示例代码：

/************ time.c file ***********/
#include <stdio.h>
#include <time.h>

time_t start, end;

int main()
{
    int i;
    start = time(NULL);
    printf("start=%ld\n", start);
    for (i = 0; i < 123456789; i++); // delay to simulate computation
    end = time(NULL);
    printf("end=%ld time=%ld\n", end, end - start);
}

5.5.3 times系统调用

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
int main()
{
    time_t timep;
    struct tm *p;

    time(&timep);
    p = localtime(&timep);

    printf("%d-%d-%d %d:%d:%d\n", (1900 + p->tm_year), ( 1 + p->tm_mon), p->tm_mday,
                                (p->tm_hour + 12), p->tm_min, p->tm_sec);

    return 0;
}

5.7 REAL模式间隔定时器

REAL模式间隔定时器各不相同，因为无论进程是否正在执行，它们都必须由定时器中断处理程序来更新。因此，操作系统内核必须使用额外的数据结构来处理进程的REVAL模式定时器，并在定时器到期被取消时采取措施。

2.苏格拉底挑战

三、问题与解决思路

问题

（1）使计算机发生中断处理的中断事件具体指什么？
（2）中断处理具体是怎么执行的：

解决思路

（1）

（2）

四、实践过程截图