第五章 定时器及时钟服务
一、知识点归纳
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。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。
2.个人计算器定时器
(1)实时时钟（RTC）：用于实时提供时间和日期信息；
(2)可编程间隔定时器（PIT）：与CPU分离；可以最高优先度IRQ0终端；可编程；为系统提供了基本的定时单元；
(3)多核CPU中的本地定时器：由CPU时钟驱动；
(4)高分辨率定时器：不适合作为实时设备，但分辨率高。
2.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。
3.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 operands;
(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 interzmpts; may handle interrupts;
}
在以上各步骤中，由于无效地址、非法指令、越权等原因，可能会出现一个错误状态，称为 异常或陷阱=当CPU遇到异常时，它会根据内存中预先安装的指针来执行软件中的异常处 理程序。在每条指令执行结束时，CPU会检查挂起的中断。中断是I/O设备或协处理器发送 给CPU的外部信号，请求CPU服务。如果有挂起的中断请求，但是CPU未处于接受中断 的状态，即它的状态寄存器已经屏蔽了中断，CPU会忽略中断请求，继续执行下一条指令。 否则，它将直接执行中断处理。在中断处理结束时，它将恢复指令的正常执行。中断处理和 异常处理都在操作系统内核中进行。在大多数情况下，用户级程序无法访问它们，但它们是 理解操作系统(如Linux)定时器服务和信号的关键
4.中断处理
外部设备的（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诸求(lRQ)路由到CPU。存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。如果CPU处千接受中断状态，即中断未被屏蔽，那么CPU将会转移它正常的执行顺序来进行中断处理乙对于每个中断，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呈表(AMD64 2011)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米实际处理中断。
5.时钟服务函数
(1)gettimeofday-settimeofday
- gettimeofday()调用获取系统时间；settimeofday()设置系统时间。
(2)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，还会将时间储存在t指向的内存中。
(3)times系统调用
- 获取某进程的具体执行时间。
(4)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。
6.间隔定时器
Linux为进程提供了三种不同类型的间隔定时器，可用作进程计时。
- (1)ITIMER_REAL
- (2)ITIMER_VIRTUAL
- (3)ITIMER_PROF
- 间隔定时器由settimer()创建；gettimer()返回间隔定时器的状态。
7.REAL模式间隔定时器
VIRTUAL和PROF模式下的间隔计时器仅在执行进程时才有效。这类定时器的信息可保存在各进程的PROC结构体中。(硬件)定时器中断处理程序只需要访问当前运行进程的PEOC结构体，就可以减少计时器计时，在定时结束前重新加载定时器计时，并向进程生成一个信号。REAL模式间隔定时器各不相同、因为无论进程是否正在执行，它们都必须由定时器中断处理程序来更新。因此，操作系统内核必须使用额外的数据结构来处理进程的REAL模式定时器，并在定时器到期或被取消时采取措施。在大多数操作系统内核中，使用的数据结构都是定时器队列 我们将在本章末尾解释编程项目中的定时器队列。
二、实践截图
设置时间
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
struct timeval t;
int main()
{
int r;
t.tv_sec = 20201209;
t.tv_usec= 0;
r = settimeofday(&t, NULL);
if (!r){
printf ("settimeofday() failed\n");
exit(1);
}
gettimeofday(&t, NULL);
printf("sec=%ld usec=%ld\n", t.tv_sec, t.tv_usec);
printf("%s",ctime(&t.tv_sec));
}
三、问题与解答
问题：段错误 (核心已转储)
解答：[详细内容]（https://blog.csdn.net/qq_29350001/article/details/53780697）