# 第五章 定时器及时钟服务
## 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
#### 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)
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。
#### 3、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。
#### 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
1、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。
2、CPU操作可通过无限循环进行建模。
## 中断处理
1、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。
2、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。
## 时钟服务函数
时钟服务可通过系统调用、库函数和用户级命令调用。
以下是Linux的一些基本时钟服务函数：
**gettimeofday-settimeofday**
```
#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv,struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval *tv,const struct timezone *tz);
```
这是对Linux内核的系统调用；settimeofday()函数用于设置当前时间；它可以通过库函数ctime（&time）转化为日历形式。
**time系统调用**
```
time_t time(time_t *t)
```
该函数会以秒为单位返回当前时间
time系统调用具有一定的局限性，只提供以秒为单位的分辨率，而不是以微秒为单位。
**times系统调用**
```
clock_t times(struct tms *buf)
```
该函数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
**time和date命令**
1.date：打印或设置系统日期和时间。
2.time：报告进程在用户模式下和系统模式下的执行时间和总时间。
3.hwclock：查询并设置硬件时钟（RTC），也可以通过BIOS来完成。
## 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。
间隔计时器由setitimer()系统调用创建。getitimer()系统调用返回间隔定时器的状态。
**分类：**
（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（内核）模式下执行时减少。
函数getitimer()用当前值填充curr_value指向的结构体，即参数which(ITIMER_REAL、ITIMER_VIRTUAL或ITIMER_PROF三者之一)指定的定时器在下次到期之前剩余的时间。
## 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。
在大多数操作系统内核中，使用的数据结构都是定时器时间内容
## 实践内容
**1.time（）获取当前时间**
问题：time_t定义的变量为long int，在输出时应该为%ld。
**2.gettimeofday() 获取当前时间**
**3.settimeofday系统调用**
https://www.jb51.net/article/71604.htm