1. 时钟概述
- 时钟(Clocks) 也被称为定时器(timers)，时钟/定时器对任何程序系统来说都是必不可少的。时钟负责维护时间、防止一个进程长期占用 CPU 时间等其他功能。时钟软件(clock software) 也是一种设备驱动的方式
- 下面我们就来对时钟进行介绍，一般都是先讨论硬件再介绍软件，采用由下到上的方式，也是告诉你，底层是最重要的
2. 时钟硬件
在计算机中有两种类型的时钟，这些时钟与现实生活中使用的时钟完全不一样
比较简单的一种时钟被连接到 110 V 或 220 V 的电源线上，这样每个电压周期会产生一个中断，大概是 50 - 60 HZ。这些时钟过去一直占据支配地位
另外的一种时钟由晶体振荡器、计数器和寄存器组成，示意图如下所示
这种时钟称为可编程时钟 ，可编程时钟有两种模式，一种是 一键式(one-shot mode)，当时钟启动时，会把存储器中的值复制到计数器中，然后，每次晶体的振荡器的脉冲都会使计数器 -1
当计数器变为 0 时，会产生一个中断，并停止工作，直到软件再一次显示启动。还有一种模式时 方波(square-wave mode) 模式，在这种模式下，当计数器变为 0 并产生中断后，存储寄存器的值会自动复制到计数器中，这种周期性的中断称为一个时钟周期
3. 时钟软件
- 时钟硬件所做的工作只是根据已知的时间间隔产生中断，而其他的工作都是由时钟软件来完成，一般操作系统的不同，时钟软件的具体实现也不同，但是一般都会包括以下这几点
- 维护一天的时间
- 阻止进程运行的时间超过其指定时间
- 统计 CPU 的使用情况
- 处理用户进程的警告系统调用
- 为系统各个部分提供看门狗定时器
- 完成概要剖析，监视和信息收集
4. 软定时器
- 时钟软件也被称为可编程时钟，可以设置它以程序需要的任何速率引发中断。时钟软件触发的中断是一种硬中断，但是某些应用程序对于硬中断来说是不可接受的
- 这时候就需要一种软定时器(soft timer) 避免了中断，无论何时当内核因为某种原因呢在运行时，它返回用户态之前都会检查时钟来了解软定时器是否到期。如果软定时器到期，则执行被调度的事件也无需切换到内核态，因为本身已经处于内核态中。这种方式避免了频繁的内核态和用户态之前的切换，提高了程序运行效率
- 软定时器因为不同的原因切换进入内核态的速率不同，原因主要有
- 系统调用
- TLB 未命中
- 缺页异常
- I/O 中断
- CPU 变得空闲