《信息安全系统设计与实现》第九周学习笔记
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
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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
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。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。
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。在获取中断向量号后,CPU用它作为内存中中断向量表。当中断处理结束时,CPU恢复指令的正常执行。
时钟服务函数
时钟服务可通过系统调用、库函数和用户级命令调用。
- 1.gettimeofday-settimeofday
- 2.time系统调用
- 3.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。它将进程时间存储在struct tms buf
中,即:
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
};
- 4.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
间隔定时器由setitimer()系统调用创建。getitimer()系统调用返回间隔定时器的状态。
- 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;
);
遇到的问题及解决
- 问题:对于time系统调用和times系统调用都可以获取执行时间,它们的区别是什么
- GPT的回答:
苏格拉底挑战
- 1.硬件计时器
- 2.中断处理
实践
1.time()
2.gettimeofday()
3.settiemofday()