Unix/Linux系统编程第五章 定时器及时钟服务
5.1硬件定时器
定时器由时钟源和可编程计数器组成。时钟源会产生周期性电信号。计数器减为0时，计数器向CPU生成一个定时器中断，计数器周期称为定时器刻度，是系统的基本计时单元。
5.2个人计时定时器
实时时钟(RTC)
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）
PIT与CPU分离，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IRO0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。
多核CPU中的本地计时器
每个核都是一个独立的处理器，有自己的本地计时器。
高分辨率计时器
时间戳定时器（TSC）不适合作为实时设备，可提供纳秒级的定时器分辨率。
5.3/4CPU操作和中断处理
由于无效地址、非法指令、越权等问题，可能会出现异常或陷阱。CPU会异常处理程序，当指令执行结束时，CPU会检查挂起的中断。如果有中断请求，但CPU未处于接受中断的状态，CPU会忽略中断，继续执行指令。
中断处理和异常处理在操作系统内核中进行。对于每个中断，可以编程中断控制器来生成唯一的中断向量，标识中断源。CPU会用它作为中断向量表，其中包含指向中断处理程序入口地址的指针，终端结束后，CPU恢复指令正常执行。
5.5时钟服务函数
时钟服务可以通过系统调用、库函数和用户级命令调用
gettimeofday-settimeofday函数，gettimeofday()函数用于返回当前时间(当前秒的秒和微秒)。settimeofday()函数用于设置当前时间。在Unix/Linux中，时间表示自1970年1月1日00:00:00起经过的秒数。它可以通过库函数ctime(&time)转换为日历形式。
gettimeofday-settimeofday函数头文件如下：
#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);
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。
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，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。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。在获取中断向量号后，CPU用它作为内存中中断向量表（AMD64 20I1）中的条目索引，条目包含一个指向中断处理程序入口地址的指针来实际处理中断。当中断处理结束时，CPU恢复指令的正常执行。
时钟服务函数
在linux下，常用的获取时间的函数有如下几个：
asctime, ctime, gmtime, localtime, gettimeofday ，
mktime, asctime_r, ctime_r, gmtime_r, localtime_r
1）time() 函数获取当前时间
SYNOPSIS
#include <time.h>
time_t time(time_t *t);
DESCRIPTION
time() returns the time as the number of seconds since the Epoch, 1970-01-01 00:00:00+0000
(UTC).8 //此函数会返回从公元1970年1月1日的UTC时间从0时0分0秒算起到现在所经过的秒数。如果t 并非空指针的话，此函数也会将返回值存到t指针所指的内存。
RETURN VALUE
On success, the value of time in seconds since the Epoch is returned. On error, ((time_t) -1) is returned, and errno is
set appropriately.
ERRORS
EFAULT t points outside your accessible address space.
//成功返回秒数，错误则返回(time_t) -1)，错误原因存于errno中
（2）localtime_r() localtime()取得当地目前时间和日期
函数原型如下：
#include <time.h>
struct tm *localtime(const time_t *timep);
struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
/*该函数将有time函数获取的值timep转换真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回*/
/**需要注意的是localtime函数可以将时间转换本地时间，但是localtime函数不是线程安全的。
多线程应用里面，应该用localtime_r函数替代localtime函数，因为localtime_r是线程安全的**/
（3）asctime() asctime_r() 将时间和日期以字符串格式返回‘
函数原型如下：
#include <time.h>
struct tm *gmtime(const time_t *timep);
struct tm *gmtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
char *asctime(const struct tm *tm);
char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf);
/**gmtime是把日期和时间转换为格林威治(GMT)时间的函数。将参数time 所指的time_t 结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回**/
/**asctime 将时间以换为字符串字符串格式返回 **/
（4） ctime()，ctime_r() 将时间和日期以字符串格式表示
函数原型如下：
#include <time.h>
char *ctime(const time_t *timep);
char *ctime_r(const time_t *timep, char *buf);
/**ctime()将参数timep所指的time_t结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果以字符串形态返回**/
（5）mktime() 将时间结构体struct tm的值转化为经过的秒数
函数原型：
#include <time.h>
time_t mktime(struct tm *tm);
/**将时间结构体struct tm的值转化为经过的秒数**/
（6）gettimeofday() 获取当前时间
函数原型如下：
#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
struct timeval {
time_t tv_sec; /* seconds (秒)*/
suseconds_t tv_usec; /* microseconds（微秒） */
};
struct timezone {
int tz_minuteswest; /* minutes west of Greenwich */
int tz_dsttime; /* type of DST correction */1 };
//gettimeofday函数获取当前时间存于tv结构体中，相应的时区信息则存于tz结构体中
//需要注意的是tz是依赖于系统，不同的系统可能存在获取不到的可能，因此通常设置为NULL
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