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20211325 2023-2024-1 《信息安全系统设计与实现（上）》第八周学习笔记

一、任务要求

自学教材第5章，提交学习笔记（10分），评分标准如下：

1. 知识点归纳以及自己最有收获的内容，选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容（4分） “我在学***X知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题” 核心是要求GPT：“请你以苏格拉底的方式对我进行提问” 然后GPT就会给你提问，如果不知道问题的答案，可以反问AI：“你的理解（回答）是什么？” 如果你觉得差不多了，可以先问问GPT：“针对我XXX知识点，我理解了吗？” GPT会给出它的判断，如果你也觉得自己想清楚了，可以最后问GPT：“我的回答结束了，请对我的回答进行评价总结”，让它帮你总结一下。

2. 问题与解决思路，遇到问题最先使用chatgpt等AI工具解决，并提供过程截图（3分）

3. 实践过程截图，代码链接（2分）

4. 其他（知识的结构化，知识的完整性等，提交markdown文档，使用openeuler系统等）（1分）

二、教材内容总结

2.1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。

硬件定时器能够按照一定的频率周期性的有规律的给CPU发送中断信号，发送中断的频率（周期）可以通过软件编程来设置，硬件定时器产生的中断信号可以称之为时钟中断。

2.2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。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。

time() returns the time as the number of seconds since the Epoch,1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC).

可编程间隔定时器(PIT)(Wang2015):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。
多核CPU中的本地定时器（Intel1997;Wang2015):在多核CPU中，每个核都是一个独立的处理器,它有自已的本地定时器，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。

2.3CPU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。

while (power-on){
1. fetch instruction:load*PC as instruction,increment PC to point to the next instruction in memory;
2. decode instruction: interpret the instruction's operation code and generate operandis;
3. execute instruction: perform operation on operands,write results to memory if needed;
execution may use the stack,implicitly change PC, etC.
4. check for pending interrupts; may handle interrupts;
}

中断和异常处理都在操作系统内核中进行。大多数情况下，用户级程序无法访问他们。

2.4中断操作

书上讲的比较晦涩

中断是指在CPU正常运行期间，由于内外部事件或由程序预先安排的事件引起的CPU暂时停止正在运行的程序，转而为该内部或外部事件或预先安排的事件服务的程序中去，服务完毕后再返回去继续运行被暂时中断的程序。

从广义上讲，中断又可分为四类：中断、故障、陷阱、终止。

2.5时钟服务函数

在几乎所有的操作系统中，操作系统内核都会提供与时钟相关的各种服务。

linux系统中与时钟有关的系统调用：

2.6gettimeofday&settimeofday

gettimeofday：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include<time.h>
struct timeval t;

int main()
{
　　gettimeofday(&t,NULL);
　　printf("sec=%ld usec=%d\n", t.tv_sec, t.tv_usec);
　　printf("%s\n",ctime(&t.tv_sec));
}

编译运行：

（其中代码中对于ctime函数调用缺少必要的头文件time.h

并且不需要强制类型转换为char* 。）

settimeofday：

#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() faild\n");
                exit(1);
        }
        gettimeofday(&t,NULL);
        printf("sec=%ld usec=%ld\n",t.tv_sec,t.tv_usec);
        printf("%s",ctime(&t.tv_sec));
}

编译运行：

2.7time系统调用

#include<stdio.h>
#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);
}

编译运行：

间隔定时器

#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);
}

编译运行：