学习笔记八

学习笔记八

一、作业要求

自学教材第5章，提交学习笔记（10分），评分标准如下

  1. 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）

“我在学***X知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题”

核心是要求GPT：“请你以苏格拉底的方式对我进行提问”

然后GPT就会给你提问，如果不知道问题的答案，可以反问AI：“你的理解（回答）是什么？”

如果你觉得差不多了，可以先问问GPT：“针对我XXX知识点，我理解了吗？”

GPT会给出它的判断，如果你也觉得自己想清楚了，可以最后问GPT：“我的回答结束了，请对我的回答进行评价总结”，让它帮你总结一下。

  1. 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）

  2. 实践过程截图，代码链接（2分）

  3. 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、知识点总结

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：提供时间和日期信息

  2. 可编程间隔定时器：提供以毫秒为单位的定时器刻度，为操作系统提供基本定时单元

  3. 多核CPU中的本地定时器：每个核都是一个独立的处理器，有自己的本地定时器

  4. 高分辨率定时器：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。

5.4 中断处理

外部设备的（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。

5.5 时钟服务函数

5.5.1 gettimeofday-settimeofday

  • gettimeofday()函数用于返回当前时间；

  • settimeofday()函数用于设置当前时间；

  • 在Unix/Linux中，时间表示自1970年1月1日00:00:00起经过的秒数。它可以通过库函数ctime(&time)转换为日历形式。

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，有一定的局限性，只提供以秒为单位的分辨率

5.5.3 times系统调用

  • clock_t times(struct tms *buf);可用于获取某进程的具体执行时间。它将进程时间存储在struct tms buf中，即：

struct tms{
  clock_t tms_utime;    // user mode time
  clock_t tms_stime;    //system mode time
  clock_t tms_cutime;   //user time of children
  clock_t tms_cstime;   //system time of children
};

以时钟计时单元报告所有时间。这可以为分析某个正在执行的进程提供信息，包括其子进程的时间。

5.5.4 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。

5.5.5 在linux下，常用的获取时间的函数有如下几个：

asctime, ctime, gmtime, localtime, gettimeofday
mktime, asctime_r, ctime_r, gmtime_r, localtime_r

time()函数获取当前时间

 SYNOPSIS
         #include <time.h>
 
        time_t time(time_t *t);
  
  DESCRIPTION
        time() returns the time as the number of seconds since the Epoch, 1970-01-01 00:00:00+0000 
        (UTC).8    //此函数会返回从公元1970年1月1日的UTC时间从0时0分0秒算起到现在所经过的秒数。如果t 并非空指针的话，此函数也会将返回值存到t指针所指的内存。
  RETURN VALUE
        On  success,  the value of time in seconds since the Epoch is returned.  On error, ((time_t) -1) is returned, and errno is
        set appropriately.
 ERRORS
        EFAULT t points outside your accessible address space.
     //成功返回秒数，错误则返回(time_t) -1)，错误原因存于errno中

localtime_r() localtime()取得当地目前时间和日期 函数原型如下：

 #include <time.h>
       
     struct tm *localtime(const time_t *timep);
     struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
         
 /*该函数将有time函数获取的值timep转换真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回*/
 
 /**需要注意的是localtime函数可以将时间转换本地时间，但是localtime函数不是线程安全的。
多线程应用里面，应该用localtime_r函数替代localtime函数，因为localtime_r是线程安全的**/

asctime() asctime_r()将时间和日期以字符串格式返回 函数原型如下：

#include <time.h>
         
      struct tm *gmtime(const time_t *timep);
      struct tm *gmtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
         
      char *asctime(const struct tm *tm);
      char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf);
         
         
 /**gmtime是把日期和时间转换为格林威治(GMT)时间的函数。将参数time 所指的time_t 结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回**/
        
 /**asctime 将时间以换为字符串字符串格式返回 **/

ctime()，ctime_r()将时间和日期以字符串格式表示 函数原型如下：

 #include <time.h>
        
       char *ctime(const time_t *timep);
       char *ctime_r(const time_t *timep, char *buf);
        
 /**ctime()将参数timep所指的time_t结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果以字符串形态返回**/

mktime()将时间结构体struct tm的值转化为经过的秒数 函数原型：

 #include <time.h>
        
     time_t mktime(struct tm *tm);
        /**将时间结构体struct tm的值转化为经过的秒数**/

gettimeofday()获取当前时间 函数原型如下：

  #include <sys/time.h>
  
      int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
      
  struct timeval {
                 time_t      tv_sec;     /* seconds (秒)*/
                 suseconds_t tv_usec;    /* microseconds（微秒） */
             };
  struct timezone {
                int tz_minuteswest;     /* minutes west of Greenwich */
                int tz_dsttime;         /* type of DST correction */1          };
 //gettimeofday函数获取当前时间存于tv结构体中，相应的时区信息则存于tz结构体中
 //需要注意的是tz是依赖于系统，不同的系统可能存在获取不到的可能，因此通常设置为NULL  

5.6 间隔定时器

Linux为进程提供了三种不同类型的间隔定时器，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。有三类间隔定时器，分别是：

  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。

5.7 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。(硬件)定时器中断处理程序只需要访问当前运行进程的PEOC结构体，就可以减少计时器计时，在定时结束前重新加载定时器计时，并向进程生成一个信号。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REAL模式定时器，并在定时器到期或被取消时采取措施。在大多数操作系统内核中，使用的数据结构都是定时器队列。

三、代码实现

1.通过gettimeofday()获取系统时间

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
​
struct timeval t;
​
int main ()
{
  gettimeofday(&t, NULL);
  printf("sec=%ld usec=%ld\n", t.tv_sec, t.tv_usec);
  printf((char *)ctime(&t.tv_sec));
}

2.通过settimeofday()设置系统时间

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
​
struct timeval t;
int main()
{
    int r;
    t.tv_sec = 123456789;
    t.tv_usec = 0;
    r = settimeofday(&t,NULL);
    if (!r){
        printf("settimeofday() failed\n");
        exit(1);
    }
    gettimeofday(&t,NULL);
    printf("sec=%ld usec=%ld\n",t.tv_sec,t.tv_usec);
    printf("%s",ctime(&t.tv_sec));
}

3.time系统调用

#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<20201307;i++)
    end = time(NULL);
    printf("end =%ld time=%ld\n",end,end-start);
}

4.sigaction使用示例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
//#include <siginfo.h>
​
void handler(int sig, siginfo_t *siginfo, void *context)
{
    printf("handler: sig=%d from PID=%d UID=%d\n",sig, siginfo->si_pid, siginfo->si_uid);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sigaction act;
    memset(&act, 0, sizeof(act));
    act.sa_sigaction = &handler;
    act.sa_flags = SA_SIGINFO; 
    sigaction(SIGTERM, &act, NULL);
    printf("proc PID=%d looping\n", getpid()); 
    printf ("enter kill PID to send SIGTERM signal to it\n"); 
    while(1)
    {
        sleep (10);
    }
}

四、利用chatgpt

 

posted @ 2023-11-03 22:56  20211307李文婧  阅读(4)  评论(0)  编辑  收藏  举报