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知识点归纳
第5章 并行计算
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。 - 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(Intel 1997 ; Wang 2015)
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，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。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。CPU操作可通 过无限循环进行建模。
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
};
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(Intel 1990 ； Wang 2015)，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。
时钟服务函数
在几乎所有的操作系统(os)中，操作系统内核都会提供与时钟相关的各种服务，时钟服务可通过系统调用、库函数和用户级命令调用。
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;
)；
time系统调用
time_t time(time_t *t)
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。
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。它将进程时间存储在struct tms buf中
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
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。
(1 ) ITIMER_REAL：实时减少，在到期时生成一个SIGALRM ( 14)信号。
(2 ) 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。
(3 ) 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。
苏格拉底挑战
可能遇到的问题与解决方案
利用多个核心：为了最大限度地提高性能，需要确保代码可以很好地利用所有可用的核心。这可能需要使用并行编程模型（例如OpenMP或MPI），或者自己编写多线程代码。
管理和调度线程：在编写多线程代码时，需要确保一个良好的机制来管理和调度线程。例如，可以使用互斥锁或其他同步原语来防止数据竞争和死锁。此外，请确保适当地创建和销毁线程，以避免资源泄漏和其他问题。
避免数据竞争和死锁：为了避免数据竞争和死锁，需尽量减少共享数据的数量，并尽可能多地使用局部变量。如果你必须使用共享数据，请确保在访问它们之前正确地锁定相应的互斥锁。
测试和调试：由于并行计算的复杂性，测试和调试是非常重要的。需要有适当的工具和技术来查找和修复错误。例如，可以使用并行调试器来检查线程的状态和交互，也可以使用性能分析器来确定代码的瓶颈在哪里。
实践过程
