第八周学习笔记

定时器及时钟服务

一、主要内容

1.硬件定时器

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。

2.个人计算机定时器

基于Intel x86的个人计算机有数个定时器：

实时时钟(RTC)
可编程间隔定时器(PIT)
多核CPU中的本地定时器

高分辨率定时器

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)
一个标志或状态寄存器(SR)
一个堆栈指针(SP)

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，SP指向当前堆栈栈顶。堆栈是CPU用于特殊操作(如push、pop调用和返回等)的一个内存区域。

由于无效地址、非法指令、越权等原因，可能会出现一个错误状态，称为异常或陷阱。当CPU遇到异常时，它会根据内存中预先安装的指针来执行软件中的异常处理程序。在每条指令执行结束时，CPU会检查挂起的中断。中断是I/O设备或协处理器发送给CPU的外部信号，请求CPU服务。如果有挂起的中断请求，但是CPU未处于接受中断的状态，即它的状态寄存器已经屏蔽了中断，CPU会忽略中断请求，继续执行下一条指令。否则，它将直接执行中断处理。在中断处理结束时，它将恢复指令的正常执行。

中断处理和异常处理都在操作系统内核中进行。在大多数情况下，用户级程序无法访问它们。

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。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，标识中断源。在获取中断向量号后，CPU用它作为内存中中断向量表中的条目索引，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.时钟服务函数

（1）gettimeofday-settimeofday

gettimeofday()函数用于返回当前时间(当前秒的秒和微秒)。settimeofday()函数用于设置当前时间。在Unix/Linux中，时间表示自1970年1月1日00:00:00起经过的秒数。它可以通过库函数ctime(&time)转换为日历形式。

（2）time系统调用

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。 time系统调用具有一定的局限性，只提供以秒为单位的分辨率，而不是以微秒为单位。

（3）times系统调用

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

（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。

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。

各间隔定时器在参数which指定的不同时间域中工作。当间隔定时器定时到期时，会向进程发送一个信号，并将定时器重置为指定的间隔值(如果是非零数)。一个信号就是发送给某个进程进行处理的一个数字(1到31)。有3类间隔定时器，分别是：

ITIMER_REAL：实时减少，在到期时生成一个SIGALRM(14)信号。
IT1MER_V1RTUAL;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。

ITIMER_PROF:当进程正在用户模式和系统(内核)模式下执行时减少。这类间隔定时器与IT1MER_VIRTUAL结合使用，通常用于分析应用程序在用户模式和内核模式下花费的时间。它在到期时生成一个SIGPROF(27)信号。

7.定时器中断

整个基本系统在一个虚拟CPU上运行，它是一个Linux进程。定时器向Linux进程发出的信号可看作是对基本系统虚拟CPU的中断。

8.临界区

在基本代码系统中，只有一种执行实体，即任务，一次只执行一个任务。某任务在收到切换命令、进入休眠或退出之前，会一直执行下去。此外.任务切换只会发生在操作结束时，而不会发生在任何操作过程中。因此，任务之间没有竞争，因此在基本代码系统中没有临界区.

二、实践及问题

time（）获取当前时间

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <time.h>

int main()
{
    time_t seconds;

    seconds = time((time_t *)NULL);
    printf("%d\n", seconds);

    return 0;
}

gettimeofday()

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>

int main()
{
    struct timeval tv;

    gettimeofday(&tv, NULL);

    printf("tv_sec: %d\n", tv.tv_sec);
    printf("tv_usec: %d\n", tv.tv_usec);

    return 0;
}

timer（）

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
int count = 0;
struct itimerval t;
time_t start,end ;
void timer_handler(int sig){
      end =time(NULL);
      printf("timer_handler :  signal %d   count=%d  , diff: %ld \n",sig, ++count,end -start);
      start =  end;
      if( count >= 8){
          printf("cancel timer \n");
          t.it_value.tv_sec  =  0 ;
          t.it_value.tv_usec    =    0;
          setitimer(ITIMER_VIRTUAL, &t , NULL);
      }
}
 
int  main(){
      struct itimerval timer ;
      signal (SIGVTALRM ,timer_handler);
      timer.it_value.tv_sec =  0;
      timer.it_value.tv_usec  = 100000;
      //every 1s afterward
      timer.it_interval.tv_sec = 1;
      timer.it_interval.tv_usec = 0;
      // start a virtual itimer
      start = time(NULL);
      setitimer( ITIMER_VIRTUAL , &timer ,NULL );
      printf("press Ctrl + C  to terminate \n");
      while(1);
}

gettimetoday

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>

 int main(){
    struct timeval t;
    gettimeofday(&t,NULL);
    printf("sec = %ld , usec = %d\n",t.tv_sec,t.tv_usec);
     printf((char*)ctime(&t.tv_sec));
     return 0;
  }

posted @ 2022-10-22 10:16 20201320石志涛阅读(53) 评论(0) 编辑收藏举报

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