Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Clocks Anwendung & Realisierung.

Präsentation zum Thema: "Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Clocks Anwendung & Realisierung."—  Präsentation transkript:

1 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Clocks Anwendung & Realisierung

2 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung 1.Geschichte der Uhren 2.Hardware – Uhren 3.Software – Uhren 4.Zusammenspiel Hardware – Software Uhren 5.Zeitsynchronisation Übersicht:

3 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Wer als erstes die Uhr erfunden hat lässt sich nicht mehr feststellen 1269 Begriff Uhrmacher taucht zum ersten Mal auf 1345 die Stunde wird spätestens ab diesem Jahr mit 60 Minuten und diese in 60 Sekunden eingeteilt um 1511 der Nürnberger Schlosser Peter Henlein baut sehr beliebte tragbare Uhren, die 40 Stunden gehen. 1927 W. A. Marrison entwickelt in den USA die erste Quarzuhr 1967 es existiert ein Prototyp einer Quarzarmbanduhr. 1. Geschichte der Uhren

4 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung 2. Hardware Uhren (1) Aufgaben der Uhr : liefern Uhrzeit verhindern blockieren des Prozessors durch einen Prozess Einstellen der Alarmzeit zu denen ein Interrupt ausgelöst werden soll Periodisches generieren von Interrupts

5 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Funktionsweise: die Chips erhalten eine von einem Quarz erzeugte Taktfrequenz, die sie durch Teilerstufen schicken, um den Sekundentakt zu generieren, mit dem die Uhr zählt. 2. Hardware Uhren (2)

6 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Zugriff auf HW - Uhren: Mit Devic Driver, auf /dev/rtc und mit ioctl(2)s. Infos unter : usr/src//linux/include/linux/mc146818rtc.h oder usr/src/linux/Documentation/rtc.txt Zusätzliches Tool das den Device Driver auch nutzt ist : hwclock 2. Hardware Uhren (3)

7 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Notwendigkeit von Software Uhren ? Auflösung der HW – Uhr nur cirka 1 Sekunde Keine Möglichkeit der Nachregulierung der Ganggeschwindigkeit 2. Hardware Uhren (4)

8 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Aufgaben: Verwalten der Uhrzeit Buchführen über die Prozessornutzung Behandlung des alarm- System Calls Das Profiling, das Führen von Statistiken und anderen Überwachungen. 3. Software Uhren (1)

9 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Zugriff: Über den Befehl date(1) Damit erfolgt das Auslesen und Setzen. Die HW – Uhr bleibt dadurch aber unverändert 3. Software Uhren (2)

10 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Implementierung: Als Struktur vom Typ struct timeval, Definition: Typedef struct timeval{ long tv_sev; long tv_usec; }; 3. Software Uhren (3)

11 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Zeitdefinition im POSIX – Standard. Problem: Schaltsekunden bei Zeitangaben im struct timeval nicht berücksichtigt Vorteil:in Posix jeder Tag genau 86400 Sek. Nachteil:bestimmte Zeiten koennen nicht dargestellt werden 3. Software Uhren (4)

12 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Zugriff auf SW-Uhr über System Calls: int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz) int settimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz) 3. Software Uhren (5)

13 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Mit den System Calls kann die Systemzeit gelesen bzw. gesetzt werden -> nur vom super user / root Um die Zeit zu setzen, muss ein Zeiger auf die Struktur vom Typ timeval übergeben werden, in der die zu setzende Zeit steht bzw. in die die Zeit vom Kernel geschrieben wird. 3. Software Uhren (6)

14 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Kommando date: benutzt die System Calls time und stime zum Lesen und Setzen In beiden Fällen werden die Sekunden seit 1970- 01-01 00:00:00 UTC als 32-bit Integer dargestellt. Darstellbarer Zahlenbereich: -2^31 bis 2^31-1 3. Software Uhren (7)

15 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Software-Uhr wird gesetzt mit: date Hardware-Uhr wird gesetzt mit: hwclock zB: hwclock --show hwclock --set --date=… Folgende Befehle weisen der Hardware-Uhr die Zeit der Software-Uhr zu und umgekehrt: hwclock --systohc [--utc] hwclock --hctosys [--utc] 4. Zusammenspiel von Hardware- und Software-Uhr

16 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Jeder PC verfügt über eine Real-Time-Clock (RTC) Diese geht im Schnitt aber pro Tag etwa 5 Sekunden falsch. Um eine genaue Uhrzeit zu ermöglichen ist eine regelmäßige Synchronisation mit der Zeitfrequenz notwendig 5. Zeitsynchronisation (1)

17 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Zeitsynchronisation ist vor allem wichtig in Rechnernetzen wenn: Netzwerk-Filesysteme wie NFS eingesetzt werden log files auf verschiedenen Rechnern erzeugt werden 5. Zeitsynchronisation (2)

18 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung 5. Zeitsynchronisation (3) Unter Unix wird zur Synchronisierung von Uhren nicht der system call settimeofday benutzt, weil: Die Systemzeit plötzliche Sprünge machen würde Die Systemzeit würde unter Umständen Rückwärtssprünge machen.

19 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Statt settimeofday wird adjtime bzw. moderner adjtimex verwendet. Mit diesem system call kann man dem kernel mitteilen wieviel Mikrosekunden die Zeit vor- bzw. nachgeht 5. Zeitsynchronisation (4)

20 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Software und Protokolle zur Synchronisation: timed RFC 868 NTP DCF-77 GPS 5. Zeitsynchronisation (5)

21 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Timed Schon lang exisitierende Software auf Unix-Maschinen Beim booten im Hintergrund gestartet Tauscht regelmäßig Nachrichten mit time stamps mit den anderen time daemons im LAN aus Kein eigenes Protokoll sondern ICMP 5. Zeitsynchronisation (6)

22 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung RFC 868 Kann sowohl über TCP als auch über UDP benutzt werden Verwendet den Port 37 Gravierender Nachteil: schlechte Genauigkeit der time stamps 5. Zeitsynchronisation (7)

23 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung NTP Kennt nur ein Paket-Format, mit dem Zeitinformationen zwischen Rechnern ausgetauscht werden NTP-Packete enthalten im wesentlichen 4 time stamps von jeweils 64 bit 5. Zeitsynchronisation (8)

24 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung DCF-77, GPS, etc. Die Zeit per NTP benötigt eine relativ regelmäßige Netzwerkverbindung Der xntp daemon, xntpd kann auch mit Zeitzeichenempfänger zusammenarbeiten, die die Zeit direkt via Satellit zB GPS (Global Positioning System) oder von einem Langwellensender wie DCF-77 empfängt 5. Zeitsynchronisation (9)

25 Markus Messner, Christina Novoszel Clocks – Anwendung & Realisierung Quellverzeichnis Tannenbaum: Betriebssysteme Internet: www.ibr.cs.tu-bs.de/users/thuerman/time www.uhren-watchdeal.de www.ibr.cs.tu-bs.de/users/thuerman/time www.uhren-watchdeal.de