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  • 20191302 第五章学习

    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

    • 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。
    • 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。

    中断处理

    • 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。
    • 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

    • time系统调用
      • clock_t times(struct tms *buf);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:
    struct tms{
        clock_t tms_utime;	// user mode time
        clock_t	tms_stime;	// system mode time
        clock_t	tms_cutime;	// user time of children
        clock_t	tms_cstime;	// system time of children
    };
    
    • 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。

    间隔定时器

    • 间隔定时器的值用以下结构体(在<sys/time.h>中)定义:
    struct itimerval {
        struct timeval it_inteirval; 
        struct timeval it_value; 
    };
    struct timeval (
        time_t tv_sec;
        suseconds_t tv_usec;	
    );
    

    实践

    • 代码
    #include <stdio.h>
    #include <time.h>
    
    time_t start,end;
    
    int main()
    {
            int i;
            start = time(NULL);
            printf("start = %ld
    ",start);
            for(i=0;i<123456;i++);
            end = time(NULL);
            printf("end =%ld time=%ld
    ", end, end-start);
    }
    
    • 输出打印开始时间、结束时间以及从开始到结束的秒数。
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