第五章 定時器及時鐘服務
硬體定時器
- 定時器是由時鐘源和可程式設計計數器組成的硬體裝置。時鐘源通常是一個晶體振蕩器，會産生周期性電信号，以精确的頻率驅動計數器。使用一個倒計時值對計數器進行程式設計，每個時鐘信号減1。當計數減為0時，計數器向CPU生成一個定時器中斷，将計數值重新加載到計數器中，并重複倒計時。計數器周期稱為定時器刻度，是系統的基本計時單元。
個人計算機定時器
- 實時時鐘(RTC) : RTC由一個小型備用電池供電。即使在個人計算機關機時，它 也能連續運作。它用于實時提供時間和日期資訊。當Linux啟動時，它使用RTC更新系統 時間變量.以與目前時間保持一緻。在所有類Unix系統中，時間變量是一個長整數，包含 從1970年1月1日起經過的秒數。
- 可程式設計間隔定時器(PIT)： PIT是與CPU分離的一個硬體定時器。可 對它進行程式設計，以提供以毫秒為機關的定時器刻度。在所有I/O裝置中，PIT可以最高優先 級IRQ0中斷。PIT定時器中斷由Linux核心的定時器中斷處理程式來處理，為系統操作提 供基本的定時單元，例如程序排程、程序間隔定時器和其他許多定時事件。
- 多核CPU中的本地定時器：在多核CPU中，每個核都 是一個獨立的處理器，它有自己的本地定時器，由CPU時鐘驅動。
- 高分辨率定時器：大多數電腦都有一個時間戳定時器(TSC),由系統時鐘驅動。它 的内容可通過64位TSC寄存器讀取。由于不同系統主機闆的時鐘頻率可能不同，TSC不适合 作為實時裝置，但它"提供納秒級的定時器分辨率。一些高端個人計算機可能還配備有專用 高速定時器，以提供納秒級定時器分辨率.
CPU操作
- 每個CPU都有一個程式計數器(PC),也稱為指令指針(IP),以及一個标志或狀态寄 存器(SR)、一個堆棧指針(SP)和幾個通用寄存器，當PC指向記憶體中要執行的下一條指 令時，SR包含CPU的目前狀态，如操作模式、中斷掩碼和條件碼，SP指向目前堆棧棧頂。
- CPU操作可通過無限循環進行模組化。
中斷處理
- 在每條指令執行結束時，如果CPU未處于接受中斷的狀态，即在CPU的狀态寄存器中屏蔽了中斷。它将忽略中斷請求.使其處于挂起狀态并繼續執行下一條指令。
時鐘服務函數
- clock_t times(struct tms *buf);可用于擷取某程序的具體執行時間。它将程序時間存儲在struct tms buf中：
clock_t // 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
- date：列印或設定系統日期和時間。
- time：報告程序在使用者模式和系統模式下的執行時間和總時間。
- hwclock：查詢并設定硬體時鐘(RTC),也可以通過BIOS來完成。
- 間隔定時器的值用以下結構體(在＜sys/time.h＞中)定義：
struct itimerval {
struct timeval it_inteirval; /* interval for periodic timer / struct timeval it_value; / time until next expiration /
}；
struct timeval (
time_t tv_sec； / seconds /
suseconds_t tv_usec; / microseconds */
)；
臨界區
實踐
示例5.3：time.c
#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++); // delay to simulate computation
end = time (NULL);
printf ("end =%ld time=%ld\n" , end, end-start);
}
運作截圖
示例5.1 gettimeofday.c
#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;
}