学习笔记8

定时器及时钟服务

定时器

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。
个人计算机定时器

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。
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I/O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。
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，它有自己的本地定时器，由CPU时钟驱动。
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。

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。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 operandis;
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;
}

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。

时钟服务函数

linux系统中与时钟有关的系统调用：

gettimeofday-settimeofday系统调用

gettimeofday系统调用：

#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=%d\n", t.tv_sec, t.tv_usec);
　　printf("%s\n",ctime(&t.tv_sec));
}

settimeofday系统调用：

#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() faild\n");
                exit(1);
        }
        gettimeofday(&t,NULL);
        printf("sec=%ld usec=%ld\n",t.tv_sec,t.tv_usec);
        printf("%s",ctime(&t.tv_sec));
}

2. time系统调用

#include<stdio.h>
#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++);
end=time(NULL);
printf("end =%ld time=%ld\n",end,end-start);
}