Linux 定時器介紹_ZenDei技術網路在線

在linux系統中定時器有分為軟定時和硬體定時器，硬體定時器一般指的是CPU的一種底層寄存器，它負責按照固定時間頻率產生中斷信號，形成信號源。基於硬體提供的信號源，系統就可以按照信號中斷來計數，計數在固定頻率下對應固定的時間，根據預設的時間參數即可產生定時中斷信號，這就是軟定時。 ...

以下內容為本人的著作，如需要轉載，請聲明原文鏈接微信公眾號「englyf」https://www.cnblogs.com/englyf/p/16651865.html

曾經常去沙縣小吃，就為了蹭上一碗4塊錢的蔥油拌面，聽著邊上的幾位小哥老說

華仔，有軟硬之分。

其實寫代碼也有這種講究。

在linux系統中定時器有分為軟定時和硬體定時器，硬體定時器一般指的是CPU的一種底層寄存器，它負責按照固定時間頻率產生中斷信號，形成信號源。基於硬體提供的信號源，系統就可以按照信號中斷來計數，計數在固定頻率下對應固定的時間，根據預設的時間參數即可產生定時中斷信號，這就是軟定時。

這裡主要講軟定時器，而硬體定時器涉及到硬體手冊這裡略過。

1. 利用內核節拍器相關定時器實現定時

linux內核有可調節的系統節拍，由於節拍依據硬體定時器的定時中斷計數得來，節拍頻率設定後，節拍周期恆定，根據節拍數可以推得精確時間。從系統啟動以來記錄的節拍數存放在全局變數jiffies中，系統啟動時自動設置jiffies為0。

#include <linux/jiffies.h>

高節拍數可以計算更高的時間精度，但是會頻繁觸發系統中斷，犧牲系統效率。

定義定時器

struct timer_list {
    struct list_head entry; // 定時器鏈表的入口
    unsigned long expires; // 定時器超時節拍數
    struct tvec_base *base; // 定時器內部值，用戶不要使用
    void (*function)(unsigned long); // 定時處理函數
    unsigned long data; // 要傳遞給定時處理函數的參數
    int slack;
};

設置節拍數expires時，可以使用函數msecs_to_jiffies將毫秒值轉化為節拍數。

初始化定時器

void init_timer(struct timer_list *timer);

註冊定時器到內核，並啟動

void add_timer(struct timer_list *timer);

刪除定時器

int del_timer(struct timer_list *timer);

如果程式運行在多核處理器上，此函數有可能導致運行出錯，建議改用del_timer_sync。

同步刪除定時器

int del_timer_sync(struct timer_list *timer);

如果程式運行在多處理器上，此函數會等待其它處理器對此定時器的操作完成。另外，此函數不能用在中斷上下文中。

修改定時值並啟動定時器

int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires);

註意：在應用層開發過程中，一般不會使用內核的函數來設定定時器。

2. 應用層的alarm鬧鐘

在應用層開發時，設置鬧鐘參數，並啟動鬧鐘定時器非常方便

#include<unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

註意：每個進程只允許設置一個鬧鐘，重覆設置會覆蓋前一個鬧鐘。

當時間到達seconds秒後，會有SIGALRM信號發送給當前進程，可以通過函數signal註冊該信號的回調處理函數callback_fun

#include <signal.h>

typedef void (*sig_t)(int);
sig_t signal(int signum, sig_t handler);

3. 利用POSIX中內置的定時器介面

設定鬧鐘適用的情形比較簡單，而為了更靈活地使用定時功能，可以用到POSIX中的定時器功能。

創建定時器

#include <time.h>

int timer_create(clockid_t clock_id, struct sigevent *evp, timer_t *timerid)

通過clock_id可以指定時鐘源，evp傳入超時通知配置參數，timerid返回被創建的定時器的id。evp如果為NULL，超時觸發時，預設發送信號SIGALRM通知進程。

clock_id是枚舉值，如下

CLOCK_REALTIME :Systemwide realtime clock.
CLOCK_MONOTONIC:Represents monotonic time. Cannot be set.
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID :High resolution per-process timer.
CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID :Thread-specific timer.
CLOCK_REALTIME_HR :High resolution version of CLOCK_REALTIME.
CLOCK_MONOTONIC_HR :High resolution version of CLOCK_MONOTONIC.

結構體sigevent

union sigval
{
    int sival_int; //integer value
    void *sival_ptr; //pointer value
}

struct sigevent
{
    int sigev_notify; //notification type
    int sigev_signo; //signal number
    union sigval sigev_value; //signal value
    void (*sigev_notify_function)(union sigval);
    pthread_attr_t *sigev_notify_attributes;
}

類型timer_t

#ifndef _TIMER_T
#define _TIMER_T
typedef int timer_t; /* timer identifier type */
#endif /* ifndef _TIMER_T */

設置定時器，比如初次觸發時間，迴圈觸發的周期等。設置完成後啟動定時器。

int timer_settime(timer_t timerid, int flags, const struct itimerspec *value, struct itimerspec *ovalue);

struct timespec{
   time_t tv_sec;
   long tv_nsec;  
};

struct itimerspec {
   struct timespec it_interval; 
   struct timespec it_value;   
};

獲取定時剩餘時間

int timer_gettime(timer_t timerid, struct itimerspec *value);

獲取定時器超限的次數

int timer_getoverrun(timer_t timerid);

定時器超時後發送的同一個信號如果掛起未處理，那麼在下次超時發生後，上一個信號會丟失，這就是定時器的超限。

刪除定時器

int timer_delete (timer_t timerid);

示例：超時觸發信號

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

void sig_handler(int signo)
{
    time_t t;
    char str[32];

    time(&t);
    strftime(str, sizeof(str), "%T", localtime(&t));

    printf("handler %s::%d\n", str, signo);
}

int main()
{
    struct sigaction act;
    memset(&act, 0, sizeof(act));
    act.sa_handler = sig_handler;
    act.sa_flags = 0;

    sigemptyset(&act.sa_mask);
    if (sigaction(SIGUSR1, &act, NULL) == -1) {
        perror("fail to sigaction");
        exit(-1);
    }

    timer_t timerid;
    struct sigevent evp;
    memset(&evp, 0, sizeof(evp));
    // 定時器超時觸發信號 SIGUSR1
    evp.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
    evp.sigev_signo = SIGUSR1;
    if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &evp, &timerid) == -1) {
        perror("fail to timer_create");
        exit(-1);
    }

    // 設置初始觸發時間4秒，之後每2秒再次觸發
    struct itimerspec its;
    its.it_value.tv_sec = 4;
    its.it_value.tv_nsec = 0;
    its.it_interval.tv_sec = 2;
    its.it_interval.tv_nsec = 0;
    if (timer_settime(timerid, 0, &its, 0) == -1) {
        perror("fail to timer_settime");
        exit(-1);
    }

    while(1);
    
    return 0;
}

上面的代碼中註冊信號響應回調用了函數sigaction，其實這裡用函數signal也可以的。

示例：超時啟動子線程

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void timer_thread(union sigval v)
{
    time_t t;
    char str[32];

    time(&t);
    strftime(str, sizeof(str), "%T", localtime(&t));

    printf("timer_thread %s::%d\n", str, v.sival_int);
}

int main()
{
    timer_t timerid;
    struct sigevent evp;
    memset(&evp, 0, sizeof(evp));
    evp.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
    evp.sigev_value.sival_int = 123;
    evp.sigev_notify_function = timer_thread;
    if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &evp, &timerid) == -1) {
        perror("fail to timer_create");
        exit(-1);
    }

    struct itimerspec its;
    its.it_value.tv_sec = 4;
    its.it_value.tv_nsec = 0;
    its.it_interval.tv_sec = 2;
    its.it_interval.tv_nsec = 0;
    if (timer_settime(timerid, 0, &its, 0) == -1) {
        perror("fail to timer_settime");
        exit(-1);
    }

    while(1);
    
    return 0;
}