第五章学习笔记（20191213兰毅达）

第五章学习笔记

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一、概述

本章讨论了定时器和定时器服务﹔介绍了硬件定时器的原理和基于Intelx86的PC中的硬件定时器;讲解了CPU操作和中断处理;描述了Linux中与定时器相关的系统调用、库函数和定时器服务命令;探讨了进程间隔定时器、定时器生成的信号，并通过示例演示了进程间隔定时器。编程项目的目的是要在一个多任务处理系统中实现定时器、定时器中断和间隔定时器。多任务处理系统作为一个Linux进程运行，该系统是Linux进程内并发任务的一个虚拟CPU。Linux进程的实时模式间隔定时器被设计为定期生成SIGALRM信号，充当虚拟CPU的定时器中断，虚拟CPU使用SIGALRM信号捕捉器作为定时器的中断处理程序。该项目可让读进程通过定时器队列实现任务间隔定时器，还可让读进程使用Linux信号掩码来实现临界区，以防止各项任务和中断处理程序之间出现竟态条件。

二、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。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。

• 个人计算机定时器

基于Intel x86的个人计算机有数个定时器(Bovet和 Cesati 2005).
(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)(Wang2015):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（Intel1997;Wang2015):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。

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（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。

四、时钟服务函数

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
1）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

（2）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**/

（3）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 **/

（4） 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**/

（5）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**/

（6）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    

五、实践与代码

gettimeofday() 获取当前时间：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>

int main()
{
    struct timeval tv;

    gettimeofday(&tv, NULL);

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

    return 0;
}

time() 函数获取当前时间:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <time.h>

int main()
{
    time_t seconds;

    seconds = time((time_t *)NULL);
    printf("%d
", seconds);

    return 0;
}

localtime_r() localtime()取得当地目前时间和日期:

#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
", (1900 + p->tm_year), ( 1 + p->tm_mon), p->tm_mday,
                                (p->tm_hour + 12), p->tm_min, p->tm_sec);

    return 0;
}

六、问题与解决

问题：设置定时器时，如何判断是否超时呢？
解决：timer 的时间间隔设置为1微秒
然后在事件中写上代码

if a>30 then
messagebox "超時"
timer.enable=false
end if

if a<=0 then
messagebox "收到信息"
timer.enable=false
end if
a=a+1
但这样感觉对精度要求比较高，怎样精确时间间隔我还不太清楚，也没有找到相关博客