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。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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
时钟服务函数
- time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：
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
};
- 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;
)；
实践
#include <stdio.h>
#include <time.h>
time_t start,end;
int main()
{
int i;
start = time(NULL);
printf("start = %ld
",start);
for(i=0;i<123456;i++);
end = time(NULL);
printf("end =%ld time=%ld
", end, end-start);
}
- 输出打印开始时间、结束时间以及从开始到结束的秒数。