《Unix/Linux系统编程》第五章学习笔记
作者：20191322wyl
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。计算器周期被称为定时器刻度，是系统的基本计时单元。
个人计算机定时器
实时时钟（RTC）
- 即使在个人计算机关机时，它也能继续运行
- 时间变量是一个长整数，包含从1970年7月1日起经过的秒数。
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
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。
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包括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。
在以上各步骤中，由于无效地址、非法指令、越权等原因，可能会出现一个错误状态，称为异常或陷阱。当CPU遇到异常时，它会根据内存中预先安装的指针来执行软件中的异常处理程序。中断是I/O设备或协处理器发送给CPU的外部信号，请求CPU服务。
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(Intel 1990 ； Wang 2015),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-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。
时钟服务函数
在几乎所有的操作系统(os)中，操作系统内核都会提供与时钟相关的各种服务，时钟服务可通过系统调用、库函数和用户级命令调用。
通过gettimeofday()获取系统时间
/********* gettimeofday.c file***/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
stiruct timeval t;
int main()
{
gettimeofday(&tff NULL);
printf("sec=%ld usec=%d\n", t.tv_sec, t.tv_usec)；
printf((char *)ctime(&t.tv_sec));
)
通过settimeofday()设置系统时间
/********* settimeofday.c file***/
#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 = set t: imeof day (&t, NULL);
if (!r){
printf (''settimeofday () failed\nz,);
exit(1);
}
gettimeofday(&t, NULL);
printf("sec=%ld usec=%ld\n"z t.tv_sec, t.tv_usec)；
printf ctime (&t.tv_sec)) ; // show time in calendar form
}
time系统调用
/************ time.c file ***********/
#include <stdio.h>
#include <time.h>
time_t start, end;
int main()
(
int i;
start = time(NULL);
printf (''start=%ld\nw , start)；
for (i=0; i<123456789; i++)； // delay to simulate computation
end = time (NULL);
printf (''end =%ld time=%ld\nw , end, end-start);
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。
时间间隔器
Linux为每个进程提供了三种不同类型的间隔计时器，可用作进程计时的虚拟时钟。间隔定时器由setitimer()系统调用创建。getitimer()系统调用返回间隔定时器的状态。
一个信号就是发送给某个进程进行处理的一个数字（1到31）。信号和信号处理将在第6章中讨论。有3类间隔定时器，分别是：
- ITIMER_REAL：实时减少，在到期时生成一个SIGALRM(14)信号。
- 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。
- ITIMER_PROF：当进程正在用户模式和系统（内核）模式下执行时减少。
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PROC结构体，就可以减少定时器计时，并向进程生成一个信号。