Linux 用戶下定時器的實現

注：原文頭文件缺失，有時間再添加

Linux下的定時器有兩種，以下分別介紹：

1、alarm

如果不要求很精確的話，用alarm()和signal()就夠了

unsigned int alarm(unsigned int seconds)

函數說明: alarm()用來設置信號SIGALRM在經過參數seconds指定的秒數後傳送給目前的進程。如果參數seconds爲0，則之前設置的鬧鐘會被取消，並將剩下的時間返回。

返回值: 返回之前鬧鐘的剩餘秒數，如果之前未設鬧鐘則返回0。

alarm()執行後，進程將繼續執行，在後期(alarm以後)的執行過程中將會在seconds秒後收到信號SIGALRM並執行其處理函數。

#include 

#include 

#include 

void sigalrm_fn(int sig)

{

printf("alarm!\n");

alarm(2);

return;

}

int main(void)

{

signal(SIGALRM, sigalrm_fn);

alarm(1);

while(1) pause();

}

2、setitimer()

int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue));

setitimer()比alarm功能強大，支持3種類型的定時器：

ITIMER_REAL : 以系統真實的時間來計算，它送出SIGALRM信號。

ITIMER_VIRTUAL : -以該進程在用戶態下花費的時間來計算，它送出SIGVTALRM信號。

ITIMER_PROF : 以該進程在用戶態下和內核態下所費的時間來計算，它送出SIGPROF信號。

setitimer()第一個參數which指定定時器類型（上面三種之一）；第二個參數是結構itimerval的一個實例；第三個參數可不做處理。

setitimer()調用成功返回0，否則返回-1。

下面是關於setitimer調用的一個簡單示範，在該例子中，每隔一秒發出一個SIGALRM，每隔0.5秒發出一個SIGVTALRM信號:

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

int sec;

void sigroutine(int signo){

switch (signo){

case SIGALRM:

printf("Catch a signal -- SIGALRM \n");

signal(SIGALRM, sigroutine);

break;

case SIGVTALRM:

printf("Catch a signal -- SIGVTALRM \n");

signal(SIGVTALRM, sigroutine);

break;

}

return;

}

int main()

{

struct itimerval value, ovalue, value2; //(1)

sec = 5;

printf("process id is %d\n", getpid());

signal(SIGALRM, sigroutine);

signal(SIGVTALRM, sigroutine);

value.it_value.tv_sec = 1;

value.it_value.tv_usec = 0;

value.it_interval.tv_sec = 1;

value.it_interval.tv_usec = 0;

setitimer(ITIMER_REAL, &value, &ovalue); //(2)

value2.it_value.tv_sec = 0;

value2.it_value.tv_usec = 500000;

value2.it_interval.tv_sec = 0;

value2.it_interval.tv_usec = 500000;

setitimer(ITIMER_VIRTUAL, &value2, &ovalue);

for(;;)

;

}

(1) struct itimerval

struct itimerval {

struct timeval it_interval; /* timer interval */

struct timeval it_value; /* current value */

};

itimerval: i --> interval

val --> value

itimerval結構中的it_value是減少的時間,當這個值爲0的時候就發出相應的信號了. 然後再將it_value設置爲it_interval值.

(2) setitimer()

setitimer()爲其所在進程設置一個定時器，如果itimerval.it_interval不爲0(it_interval的兩個域都不爲0)，則該定時器將持續有效(每隔一段時間就會發送一個信號)

注意：Linux信號機制基本上是從Unix系統中繼承過來的。早期Unix系統中的信號機制比較簡單和原始，後來在實踐中暴露出一些問題，因此，把那些建立在早期機制上的信號叫做"不可靠信號"，信號值小於 SIGRTMIN(SIGRTMIN=32，SIGRTMAX=63)的信號都是不可靠信號。這就是"不可靠信號"的來源。它的主要問題是：進程每次處理信號後，就將對信號的響應設置爲默認動作。在某些情況下，將導致對信號的錯誤處理；因此，用戶如果不希望這樣的操作，那麼就要在信號處理函數結尾再一次調用signal()，重新安裝該信號。

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setitimer()爲Linux的API，並非C語言的Standard Library，setitimer()有兩個功能，一是指定一段時間後，才執行某個function，二是每間格一段時間就執行某個function，以下程序demo如何使用setitimer()。

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/*
Filename : timer.cpp
Compiler : gcc 4.1.0 on Fedora Core 5
Description : setitimer() set the interval to run function
Synopsis : #include <sys/time.h>
int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue);
struct itimerval {
struct timerval it_interval;
struct timerval it_value;
};
struct timeval {
long tv_sec;
long tv_usec;
}
Release : 11/25/2006
*/
#include <stdio.h> // for printf()
#include <unistd.h> // for pause()
#include <signal.h> // for signal()
#include <string.h> // for memset()
#include <sys/time.h> // struct itimeral. setitimer()
void printMsg(int);
int main() {
// Get system call result to determine successful or failed
int res = 0;
// Register printMsg to SIGALRM
signal(SIGALRM, printMsg);
struct itimerval tick;
// Initialize struct
memset(&tick, 0, sizeof(tick));
// Timeout to run function first time
tick.it_value.tv_sec = 1; // sec
tick.it_value.tv_usec = 0; // micro sec.
// Interval time to run function
tick.it_interval.tv_sec = 1;
tick.it_interval.tv_usec = 0;
// Set timer, ITIMER_REAL : real-time to decrease timer,
// send SIGALRM when timeout
res = setitimer(ITIMER_REAL, &tick, NULL);
if (res) {
printf("Set timer failed!!\n");
}
// Always sleep to catch SIGALRM signal
while(1) {
pause();
}
return 0;
}
void printMsg(int num) {
printf("%s","Hello World!!\n");
}

/*

 

Filename    : timer.cpp

Compiler    : gcc 4.1.0 on Fedora Core 5

Description : setitimer() set the interval to run function

Synopsis    : #include <sys/time.h>

              int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue);

              struct itimerval {

                struct timerval it_interval;

                struct timerval it_value;

              };

 

              struct timeval {

                long tv_sec;

                long tv_usec;

              }            

Release     : 11/25/2006

*/

#include <stdio.h>    // for printf()

#include <unistd.h>   // for pause()

#include <signal.h>   // for signal()

#include <string.h>   // for memset()

#include <sys/time.h> // struct itimeral. setitimer()



void printMsg(int);



int main() {

  // Get system call result to determine successful or failed

  int res = 0;

  // Register printMsg to SIGALRM

  signal(SIGALRM, printMsg);

  

  struct itimerval tick;

  // Initialize struct

  memset(&tick, 0, sizeof(tick));

  // Timeout to run function first time

  tick.it_value.tv_sec = 1;  // sec

  tick.it_value.tv_usec = 0; // micro sec.

  // Interval time to run function

  tick.it_interval.tv_sec = 1;

  tick.it_interval.tv_usec = 0;

  // Set timer, ITIMER_REAL : real-time to decrease timer,

  //                          send SIGALRM when timeout

  res = setitimer(ITIMER_REAL, &tick, NULL);

  if (res) {

    printf("Set timer failed!!\n");

  }



  // Always sleep to catch SIGALRM signal

  while(1) {

    pause();

  }



  return 0;  

}



void printMsg(int num) {

  printf("%s","Hello World!!\n");

}

當setitimer()所執行的timer時間到了，會呼叫SIGALRM signal，所以在第30行用signal()將要執行的function指定給SIGALRM。在第43行呼叫setitimer()設定timer，但setitimer()第二個參數是sturct，負責設定timeout時間，所以第36行到第 40行設定此struct。itimerval.it_value設定第一次執行function所延遲的秒數， itimerval.it_interval設定以後每幾秒執行function，所以若只想延遲一段時間執行function，只要設定 itimerval.it_value即可，若要設定間格一段時間就執行function，則it_value和it_interval都要設定，否則 funtion的第一次無法執行，就別說以後的間隔執行了。第36行和第39行的tv_sec爲sec，第37行和40行爲micro sec(0.001 sec)。第43行的第一個參數ITIMER_REAL，表示以real-time方式減少timer，在timeout時會送出SIGALRM signal。第三個參數會存放舊的timeout值，如果不需要的話，指定NULL即可。第47 行的pause()，命令系統進入sleep狀態，等待任何signal，一定要用while(1)無窮循環執行pause()，如此才能一直接收 SIGALRM signal以間隔執行function，若拿掉while(1)，則function只會執行一次而已。

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linux下還有一種高精度的定時器，那就是posix_timer.我記得以前看代碼的時候CLOCK_REALTIME的定時器似乎用的就是rdtsc指令，不過現在不確定了，先放到一邊。原理上來說，可以在變頻的時候也使用rdtsc指令，因爲CPU的頻率我們也是知道的，變頻的時候內核也是知道的。

下面是我的timer_create的例子，編譯的時候要加上rt庫，這是linux的realtime庫：

gcc -o test test.c

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

#define rdtsc(low,high) __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high))

timer_t tt;

void handler (int sig, siginfo_t * extra, void *cruft)
{
static last_i=0;
unsigned int i, j;
rdtsc(i,j);
printf ("time:%u, %u, [%u] %uHZ ", j, i, i-last_i, (i-last_i)*10/1000000);
last_i = i;
}

int main ()
{
int i=0;
sigset_t sigset;

sigfillset (&sigset);
sigdelset (&sigset, SIGRTMIN);
sigprocmask (SIG_SETMASK, &sigset, NULL);

struct sigaction sa;
sigfillset (&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
sa.sa_sigaction = handler;

if (sigaction (SIGRTMIN, &sa, NULL) < 0)
{
perror ("sigaction failed ");
exit (-1);
}

struct sigevent timer_event;
struct itimerspec timer;

timer.it_interval.tv_sec = 0;
timer.it_interval.tv_nsec = 100 * 1000 * 1000;
timer.it_value = timer.it_interval;

timer_event.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
timer_event.sigev_signo = SIGRTMIN;
timer_event.sigev_value.sival_ptr = (void *) &tt;

if (timer_create (CLOCK_REALTIME, &timer_event, &tt) < 0)
{
perror ("timer_create failed");
exit (-1);
}

if (timer_settime (tt, 0, &timer, NULL) < 0)
{
perror ("timer_settime failed");
exit (-1);
}

while (i++ < 10)
{
pause ();
}

return 0;
}

輸出結果：

time:166081, 1934350847, [1934350847] 2163HZ
time:166081, 2120528291, [186177444] 1861HZ
time:166081, 2306679576, [186151285] 1861HZ
time:166081, 2494695630, [188016054] 1880HZ
time:166081, 2680865389, [186169759] 1861HZ
time:166081, 2867018473, [186153084] 1861HZ
time:166081, 3053152230, [186133757] 1861HZ
time:166081, 3239309935, [186157705] 1861HZ
time:166081, 3425467261, [186157326] 1861HZ
time:166081, 3611639266, [186172005] 1861HZ

http://blog.chinaunix.net/uid-23215128-id-2521378.html

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