第五章学习笔记

第五章 学习笔记 定时器及时钟服务

一、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。

二、个人计算机定时器

• 实时时钟：计算机关闭时也能运行的用于实时提供时间和日期信息的rtc。
• 可编程间隔定时器：PIT是一个与CPU分离的一个硬件定时器。可对他进行编程，以提供以毫秒为单位的定时刻度。
• 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有自己的本地计时器　　
• 高分辨率定时器：时间戳定时器（TSC），由系统时钟驱动。不同系统主板时钟频率不同，因此TSC不适合作为实时设备，可提供纳秒级定时器分辨率。

 

三、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（push\pop调用和返回）的一个内存区域。CPU操作可通过无限循环进行建模。

四、中断处理

• 外部设备(如定时器)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(IRQ)路由到CPU。在每条指令执行结束时，如果CPU未处于接受中断的状态，即在CPU的状态寄存器中屏蔽了中断.它将忽略中断请求，使其处于挂起状态，并继续执行下一条指令。如果CPU处于接受中断状态，即中断未被屏蔽，那么CPU将会转移它正常的执行顺序来进行中断处理。对于每个中断，可以编程中断控制器以生成一个唯一编号，叫作中断向量，标识中断源。在获取中断向量号后，CPU用它作为内存中中断向量表中的条目索引，条目包含一个指向中断处理程序入口地址的指针来实际处理中断。当中断处理结束时，CPU恢复指令的正常执行。

五、时钟服务函数

1. gettimeofday-settimeofday。

• gettimeofday系统调用

 

1. settimeofday系统调用

   

   

2. time系统调用。time_t time(time_t*t)以秒为单位返回当前时间。

   

3. times系统调用。clock_t times(struct tms*buf)可获得具体执行时间。

4. time和date命令。

date：打印或设置系统日期和时间。

time：报告进程在用户模式和系统模式下的执行时间和总时间。
hwclock：查询并设置硬件时钟(RTC),也可以通过 BIOS来完成。

六、间隔定时器

Linux为每个进程提供了三种不同类型的间隔计时器，可用作进程计时的虚拟时钟。间隔定时器由settimer()系统调用创建。getitimer()系统调用返回间隔定时器的状态。
int getitimer(int which, struct itimerval *curr_value);
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
有三类间隔定时器：
（1）ITIMER_REAL: 实时减少，在到期时生成一个SIGALRM（14）信号。
（2）ITIMER_VIRTUAL: 仅当进程在用户模式下执行时减少，在到期时生成一个SIGVTALRM（26）信号。
（3）ITIMER_PROF: 当进程正在用户模式和系统模式下执行时减少。在到期时生成一个SIGPROF（27）信号。

七、REAL模式间隔定时器

VIRTUAL和PROF模式下的间隔计时器仅在执行进程时才有效。这类定时器的信息可保存在各进程的PROC结构体中。
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。

代码实践

gettimeofday系统调用

 time系统调用：

 苏格拉底问答

 问题解决

1.获取子进程所处时间

 

 2.gettimeofday获取系统时间的操作模式是什么