《信息安全系统设计与实现》学习笔记8
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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
- 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。
- 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。
- 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。
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
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。
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
-
gettimeofday-settimeofday
include<sys/time.h> int gettimeofday(struct timeval *tv,struct timezone *tz); int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);
这些是对linux内核的系统调用,第一个参数tv指向一个timeval结构体,第二个参数timezone已过期,设置为NULL
-
time系统调用
time_t(time_t *t)
以秒为单位返回当前时间
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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
-
time和data命令
- data: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,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。
- 三种间隔定时器:
- ITIMER_REAL:实时减少,在到期时生成一个SIGALRM(14)信号
- 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
- ITIMER_PROF:当进程正在用户模式和系统(内核)模式下执行时减少。它在到期时生成一个SIGPROF(27)信号
REAL模式间隔定时器
操作系统内核不必使用额外的数据结构来处理进程的VIRTUAL和PROF定时器。但是,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。因此,操作系统内核必须使用额外的数据结构来处理进程的REAL模式定时器,并在定时器到期或被取消时采取措施。
实践
gettimeofday系统调用:
time系统调用:
苏格拉底挑战
个人计算机定时器的苏格拉底挑战:
间隔定时器的苏格拉底挑战:
遇到的问题
问题:如何优化个人计算机定时器的性能?
解决方法:问GPT
GPT的回答: