学习笔记8

学习笔记：并行计算

硬件定时器

硬件定时器是计算机系统中的一个重要组件，由时钟源和可编程计数器组成。时钟源通常是晶体振荡器，驱动计数器以固定频率生成定时器中断。

实时时钟(RTC)

实时时钟用于提供系统的实时时间和日期信息，通常由小型备用电池供电，即使计算机关闭也能继续运行。

可编程间隔定时器(PIT)

可编程间隔定时器是一个独立于CPU的硬件定时器，可编程以提供毫秒级的定时刻度。

多核CPU中的本地定时器

每个核都有自己的本地定时器，由CPU时钟驱动，可用于测量各核心的执行时间。

高分辨率定时器

高分辨率定时器通常用时间戳计时器(TSC)实现，提供高精度的时间测量。

CPU操作

CPU拥有多个寄存器，包括程序计数器(PC)、状态寄存器(SR)、堆栈指针(SP)和通用寄存器。

PC (Program Counter)：指向下一条要执行的指令的地址。
SR (Status Register)：包含有关CPU当前状态的信息，如操作模式、中断掩码和条件码。
SP (Stack Pointer)：指向当前堆栈的栈顶。

时间相关系统调用

time系统调用：用于获取当前时间，以秒为单位。可通过参数传递给应用程序。
times系统调用：用于获取进程的执行时间信息，包括用户模式时间和系统模式时间。结果存储在tms结构中。

间隔定时器

ITIMER_REAL：在到期时生成SIGALRM信号。
ITIMER_VIRTUAL：在用户模式下执行时减少，到期时生成SIGVTALRM信号。
ITIMER_PROF：在用户模式和系统模式下执行时减少，通常与ITIMER_VIRTUAL结合使用，用于分析用户模式和内核模式下的执行时间，生成SIGPROF信号。

命令行工具

date：用于打印或设置系统的日期和时间。
time：报告进程在用户模式和系统模式下的执行时间。
hwclock：查询和设置硬件时钟（RTC），也可以通过BIOS来完成。

这些知识点对于理解并行计算和处理与时间相关的任务非常重要。硬件定时器和系统调用可帮助操作系统和应用程序精确测量时间，从而支持定时、调度和性能分析。

实践过程

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));
}

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));
}

使用`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);
}

`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);
    }
}