Презентация на тему Операционные системы, среды и оболочки

эффективности программы;
выявление фрагментов программы, подлежащих оптимизации;
прочее (работа с устройствами

ввода/вывода, организация многозадачности, работа с мультимедиа, системы реального времени).

частотой 1 ГГц)

– Real Time Clock
PIT – Programmable Interrupt Controller
HPET –

High Precision Event Timer
APIC – Advanced Programmable Interrupt Controller
ACPI Power Management Timer
GPS receiver

компьютер выключен
Периодическая (2 – 8192 Гц) или однократная генерация

прерывания RTC (IRQ8)
Доступ к функциям RTC через порты ввода/вывода 0x70, 0x71

Гц в Linux) генерация прерывания таймера (IRQ0)
Доступ к функциям

PIT через порты ввода/вывода 0x40 - 0x43

или однократная генерация прерывания таймера;
до 8 счетчиков с собственной

частотой;
до 32 таймеров на каждый счетчик.

времени до 10 мсек.;
зависит от архитектуры, есть не

для всех архитектур;
в SMP нужна привязка процессов;
в современных процессорах с переменной тактовой частотой пользоваться счетчиком затруднительно.

всех процессов, запущенных на компьютере)

monotonic timer;
process time;
thread time.

несколько программных и аппаратных счетчиков, отражающих течение времени с

различных точек зрения. Необходимо различать следующие счетчики:

Счетчик системного времени (system time, wall-clock time) – программный счетчик, который отражает течение времени с точки зрения операционной системы и, как правило, соответствует реальному течению времени. Значение системного времени в каждый момент одинаково для всех программ, работающих на данном компьютере.

Функции для измерения системного времени:
Windows: GetSystemTime(), GetTickCount(), time(), clock(),
Linux: gettimeofday(), time(), clock(), clock_gettime.

timezone *tz)
возвращает в полях tv_sec и tv_usec переменной tv

количество секунд и микросекунд, прошедших с полуночи 1 января 1970 года.
Пример использования:
#include
struct timeval tv1, tv2, dtv;
struct timezone tz;
//функция для начала замера времени, сохраняющая в переменной tv1 время начала измерений
void time_start()
{ gettimeofday(&tv1, &tz); }
//функция для окончания замера времени, возвращающая количество миллисекунд, прошедших с начала замера времени
long time_stop()
{ gettimeofday(&tv2, &tz);
  dtv.tv_sec= tv2.tv_sec - tv1.tv_sec; //разница секунд
  dtv.tv_usec=tv2.tv_usec - tv1.tv_usec; //разница микросекунд
  if (dtv.tv_usec<0) { dtv.tv_sec--; dtv.tv_usec+=1000000; }
//возвращение количества прошедших миллисекунд
  return dtv.tv_sec*1000 + dtv.tv_usec/1000;
}

(process time, CPU time) – программный счетчик, который отражает

использование процессорного времени только конкретным процессом. Шаг изменения этого счетчика относительно велик, поэтому его не следует использовать для измерения малых промежутков времени.

Функции для получения времени процесса:
Windows: GetThreadTimes(),GetProcessTimes(),
Linux: times().

tms_utime переменной buffer количество тактов, потраченных на исполнение инструкций

пользовательского процесса с момента начала его исполнения; в поле tms_stime переменной buffer количество тактов, затраченных на исполнение системных вызовов инициированных процессом.

Использование функции times. Перевод тактов в миллисекунды производится так же, как и в примере для функции clock.

#include
#include
struct tms tmsBegin,tmsEnd;
void time_start() { times(&tmsBegin); }
long time_stop()
{ times(&tmsEnd);
  return ((tmsEnd.tms_utime - tmsBegin.tms_utime)+
          (tmsEnd.tms_stime - tmsBegin.tms_stime))*
1000/CLOCKS_PER_SEC;
}

(CPU time stamp counter) – аппаратный счетчик, значение которого

увеличивается на каждом такте процессора. Такт процессора – самый малый интервал времени в вычислительной системе, который теоретически может быть замерен. Поэтому счетчик тактов позволяет с большой точностью измерять малые промежутки времени (вплоть до нескольких команд процессора).

Счетчик тактов процессора имеет смысл использовать только для измерения интервалов времени меньших кванта времени, выделяемого процессу операционной системой. Для получения значения счетчика тактов используются специальные команды процессора, свои для каждой архитектуры:

x86/x86-64: rdtsc (Read Time Stamp Counter)
Alpha: rpcc,
Itanium: ar.itc,
PowerPC: mftb, mftbu.

платформы x86, читающая счётчик TSC (Time Stamp Counter) и

возвращающая его в регистрах EDX:EAX 64-битное количество тактов с момента последнего сброса процессора.

Пример использования инструкции rdtsc в ОС Linux:

#include
long long TimeValue=0;
//функция, возвращающая количество тактов, прошедших с момента последнего сброса процессора
unsigned long long time_RDTSC()
{ union ticks
  { unsigned long long tx;
    struct dblword { long tl,th; } dw;
  } t;
  asm("rdtsc\n": "=a"(t.dw.tl),"=d"(t.dw.th));
  return t.tx;
}
void time_start() { TimeValue=time_RDTSC(); }
long long time_stop() {
return (time_RDTSC()-TimeValue)*1000/CLOCKS_PER_SEC;
}

Windows, MS Visual C++:

#include
unsigned __int64 TimeValue=0;

unsigned __int64 rdtsc(void)

{
return __rdtsc();
}

void time_start() { TimeValue=rdtsc(); }
long long time_stop() {
return (rdtsc()-TimeValue)*1000/CLOCKS_PER_SEC;
}

this clock requires appropriate privileges.
CLOCK_MONOTONIC _RAW
Clock that cannot

be set and represents monotonic time since some unspecified starting point.
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID
High-resolution per-process timer from the CPU.
CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID
Thread-specific CPU-time clock.

struct timespec start, stop; double accum;

if(

clock_gettime( CLOCK_MONOTONIC_RAW, &start) == -1 ) {
perror( "clock gettime" ); exit( EXIT_FAILURE );
}

system( argv[1] );

if( clock_gettime( CLOCK_MONOTONIC_RAW, &stop) == -1 ) {
perror( "clock gettime" ); exit( EXIT_FAILURE );
}

accum = ( stop.tv_sec - start.tv_sec ) +
( stop.tv_nsec - start.tv_nsec ) / BILLION;
printf( "%lf\n", accum );
return( EXIT_SUCCESS );
}

– общее время работы программы согласно системному таймеру;
user –

время, которое работал процесс (кроме выполнения системных вызовов);
sys – время, затраченное процессом на выполнение системных вызовов программы.
Профилировщики
GNU Profiler (gprof)

многозадачной ОС
Влияние кода, измеряющего время
Состояние ЭВМ перед началом измеряемого

интервала (например, что хранится в кэш-памяти, дисковом кэше, на локальном диске)

повторение измерений
Сброс дискового кэша
Уменьшение числа обращений к таймерам
Многократное повторение

счета, увеличивающее время измеряемого интервала