学习笔记8
第5章 定时器及时钟服务
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Intel x86 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。
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震荡器，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
（1）实时时钟
（2）可编程间隔定时器
（3）多核CPU中的本地定时器
（4）高分辨率定时器
CPU操作
每个CPU都有一个程序计时器（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用于特殊操作的一个内存区域。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 operands;
(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;
}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人行 (Intel 1990;Wang 2015)，按优先级对中断输人排序，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，并继续执行下一条指令。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，标识中断谣。在获取中断向量号后，CPU 用它作为内存中中断向量表 (AMD64 2011）中的条目素引，条目包含一个指向中断处理程序人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。
时钟服务函数
时钟服务函数可通过系统调用、库函数和用户级命令调用。
gettimeofday-settimeofday
struct timeval{
time_t tv_sec; //secend
suseconds_t tv_usec; //microseconds
};int gettimeofday(struct timeval *tv,struct timezone *tz); //获取系统时间。第二个参数timezone已过期，应设置为NULL
int settimeofday(struct timeval *tv, const struct timezone *tz); //设置系统时间
time系统调用
time_t time(time_t*t); //以秒为单位返回当前时间。如果参数t不是NULL，还会将时间存储在t指向的内存中。
times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，以时钟计时器单元报告所有时间。
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时间计时器，可用作进程计时的虚拟时钟.
间隔定时器由settimer()系统调用创建。gettimer系统调用返回间隔定时器的状态。
苏格拉底挑战
课堂笔记
复习：state,read readdir closedir opendir
考点：程序中创建进程与执行
execpv()：
函数原型：
int execvp(const char *file, char *const argv[]);该函数会搜索与 file 参数提供的可执行文件名匹配的文件路径，在找到匹配的文件后，将在当前进程中加载并执行该文件。argv 数组是一个以 NULL 结尾的字符串数组，用于传递命令行参数给被执行的程序。、
execvp 函数会替换当前进程的代码和数据，并运行指定的可执行文件。如果调用成功，它将不会返回；只有在发生错误时才返回一个负值，表示执行失败。
system:execute a shell command
`system` 是一个标准库函数，用于在 C/C++ 程序中执行外部命令。它允许以字符串形式传递一个命令作为参数，并在一个新的子进程中运行该命令。函数原型如下：
int system(const char* command);
`command` 参数是一个以 null 终止的字符串，表示要执行的命令。`system` 函数将启动一个新的子进程，执行该命令，并等待命令执行完毕。在命令执行完成后，`system` 函数会返回一个与命令退出状态有关的值。
`system` 函数用于执行简单的命令，并且通常会通过调用底层的操作系统命令解释器来实现
fork（）：
`fork` 是一个系统调用函数，用于在当前进程中创建一个新的子进程。它是 POSIX 标准所定义的函数之一，在 C 语言中使用。
调用 `fork` 函数会导致当前进程被复制，创建一个全新的进程，称为子进程。子进程几乎完全复制了父进程的所有内容，包括代码、数据、打开的文件等。原始父进程被称为父进程，新创建的子进程则被称为子进程。
`fork` 函数没有参数。它的返回值有以下几种情况：
- 如果返回值为负数，表示创建子进程失败。
- 如果返回值为零，表示当前进程是子进程，即子进程处于执行状态。
- 如果返回值大于零，表示当前进程是父进程，返回值为子进程的进程 ID，在父进程中可以通过该值来标识子进程。
父进程和子进程会在 `fork` 函数之后的代码行开始同时执行，但它们在不同的进程空间中运行，并独立执行各自的逻辑。这使得 `fork` 函数启用了多进程编程的能力，父进程和子进程可以在不相互干扰的情况下并行执行不同的任务。
