《Unix/Linux系统编程》第五章学习笔记
定时器及时钟服务
- 硬件定时器
- CPU操作
- 中断处理
- 定时器相关的系统调用、库函数
- 进程间隔定时器
- 项目实践
- 临界区
定时器
定时器由时钟源和可编程计数器组成。时钟源会产生周期性电信号。计数器减为0时，计数器向CPU生成一个定时器中断，计数器周期称为定时器刻度，是系统的基本计时单元。
- 实时时钟(RTC)
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。- 可编程间隔定时器（PIT）
PIT与CPU分离，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IRO0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。- 多核CPU中的本地计时器
每个核都是一个独立的处理器，有自己的本地计时器。- 高分辨率计时器
时间戳定时器（TSC）不适合作为实时设备，可提供纳秒级的定时器分辨率。
CPU操作和中断处理
由于无效地址、非法指令、越权等问题，可能会出现异常或陷阱。CPU会异常处理程序，当指令执行结束时，CPU会检查挂起的中断。如果有中断请求，但CPU未处于接受中断的状态，CPU会忽略中断，继续执行指令。中断处理和异常处理在操作系统内核中进行。对于每个中断，可以编程中断控制器来生成唯一的中断向量，标识中断源。CPU会用它作为中断向量表，其中包含指向中断处理程序入口地址的指针，终端结束后，CPU恢复指令正常执行。
相关系统调用
#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);
因为timezone已过期，所以设置为NULL
- gettimeofday.c:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
struct timeval t;
int main ()
{
gettimeofday(&t, NULL);
printf("sec=%ld usec=%d\n", t.tv_sec, t.tv_usec);
printf((char *)ctime(&t.tv_sec));
}
运行结果如下：
遇到问题，第二个printf运行结果出错Segmentation fault (core dumped)，查阅得知这多为内存不当操作造成。空指针、野指针的读写操作，数组越界访问，破坏常量等
*还未修改成功。
- settimeofday.c:
#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 = settimeofday(&t,NULL);
if (!r){
printf("settimeofday() failed\n");
exit(1);
}
gettimeofday(&t,NULL);
printf("sec=%ld usec=%ld\n",t.tv_sec,t.tv_usec);
printf("%s",ctime(&t.tv_sec));
}
运行结果：
产生的结果只是暂时的，Linux内核能够使用实时时钟来纠正系统时间与实时时间之间的任何偏差。
- time系统调用
#include <stdio.h>
#include <time.h>
time_t start,end;
int main()
{
int i;
start = time(NULL);
printf("start=%ld\n",start);
for(i=0;i<123456789;i++)
end = time(NULL);
printf("end =%ld time=%ld\n",end,end-start);
}
运行结果
间隔定时器
- ITIMER_REAL：实时减少
- ITIMER_VIRTUAL：仅当进程在用户模式下减少。
- ITIMER_PROF：当进程在用户模式和系统模式下执行时减少。
项目实践
- 提供多任务系统的代码
- 添加定时器和定时器中断
- 实现任务间隔定时器
- 通过时间片在系统和任务调度中实现临界区
