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。
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用于特殊操作的一个内存区域。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。在获取中断向量号后，CPU用它作为内存中中断向量表。当中断处理结束时，CPU恢复指令的正常执行。
时钟服务函数
时钟服务可通过系统调用、库函数和用户级命令调用。
- gettimeofday-settimeofday
- time系统调用
- 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,即：
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
间隔定时器由setitimer（）系统调用创建。getitimer（）系统调用返回间隔定时器的状态
- 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
苏格拉底提问
遇到的问题
time系统调用与times系统调用有什么区别？
- time系统调用：time系统调用返回自1970年1月1日以来的当前时间的秒数。它通常用于获取当前的系统时间戳，以及计算程序的运行时间。调用time系统调用时，需要传入一个指向time_t类型的变量的指针，返回当前时间的秒数值。
- times系统调用：times系统调用返回进程的运行时间统计信息，包括用户态和系统态的CPU时间，以及进程创建以来的时钟滴答数。它通常用于分析程序的运行时间和CPU利用率。调用times系统调用时，需要传入一个指向struct tms类型的变量的指针，返回各种时间统计信息。
总之，time系统调用用于获取当前的系统时间戳，而times系统调用则提供了更多与进程运行时间和CPU利用率相关的统计信息。