学习笔记 8
学习笔记 8
第五章 定时器及时钟服务
5.1 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。
5.2 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）（Wang 2015）：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（Intel 1997;Wang 2015））：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，但它可提供纳秒级的定时器分辨率。—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。
5.3 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。
while (power-on){
1. fetch instruction:load*PC as instruction,increment PC to point to the next instruction in memory;
2. decode instruction: interpret the instruction's operation code and generate operandis;
3. execute instruction: perform operation on operands,write results to memory if needed;
execution may use the stack,implicitly change PC, etC.
4. check for pending interrupts; may handle interrupts;
}
5.4 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，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。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。在获取中断向量号后，CPU用它作为内存中中断向量表（AMD64 20I1）中的条目索引，条目包含一个指向中断处理程序入口地址的指针来实际处理中断。当中断处理结束时，CPU恢复指令的正常执行。
5.5 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. gettimeofday-settimeofday
#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval*tv,struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval *tv,const struct timezone *tz);
2.time的系统调用
time_t time (time_t *t)
3.times的系统调用
clock_t times(struct tms *buf);
4.time和data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。
5.6 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，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。
int getitimer(int which, struct itimerval *curr_value);
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
struct itimerva1 *old_value);
有三类间隔定时器，分别是：
（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模式下执行时减少。在到期时生成一个SIGPROF（27）信号。
5.7 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。
REAL模式间隔定时器各不相同、因为无论进程是否正在执行，它们都必须由定时器中断处理程序来更新。
实践
1.gettimeofday
2.time
