linux定时器

1、 内核定时器分类

80x86体系结构上，内核与时钟密切相关，与时钟相关的硬件有：实时时钟（Real Time Clock，RTC）、时间戳计数器（Time Stamp Counter，TSC）、可编程间隔定时器（Programmable Interval Timer, PIT）†SMP系统上的本地APIC定时器高精度事件定时器（High Precision Event Timer，HPET）。

RTC是一个独立于CPU的专用芯片，它依靠独立于系统供电电源的小电池给RTC的振荡器进行供电，因此在关机时也能保证时间是正确的。即使关闭PC电源，也会继续运转。这些芯片一般与主板的CMOS芯片组集成在一个芯片中。
†例如：Motorala 146818，实时时钟中断是从IRQ8上引入的，能发出周期性的中断，频率在2HZ~8192之间，可以对其编程实现对时间的长短计时。

tick（滴答）是HZ的倒数，也就是发生两次定时中断的时间间隔。如HZ为100时，tick为1/100=10ms(毫秒)。†jiffies为Linux内核中的一个全局变量，用来记录从系统启动以来产生的节拍数，extern u64 __jiffy_data jiffies_64;extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;

节拍率，即系统定时器的频率，在内核中通过HZ这个宏进行定义。在进行内核编程的时候，切记不要假设HZ不会发生变化，事实上，大多数体系结构的HZ都是可调的

HZ的理想取值：从2.5内核开始，这个取值在i386体系结构中就改为了1000（2.6.13版本后的内核，加入了250这个取值）。改变HZ的取值，对于操作系统而言，意味着改变时钟中断的频率：

墙上时间：墙上挂钟的时间，即真实时间。用户级进程一般使用该时间。

进程时间：进程消耗的时间，包括用户空间的和内核空间的，一般在对程序进行分析、统计的时候使用。

单调时间：保持稳定线性递增的时间，其重要性不在于绝对值是多少，而在于通过多次采样并计算相对时间。单调时间不会因为墙上时间的改变而受到影响。

1.1.1      基本数据类型

typedef long  time_t

这个记录的是自UTC以来，流逝过的秒数。

一个问题是，是否会溢出？当然会，对于32位机，在2038年会溢出，但幸运的是，那个时候，很可能我们已经在使用64位机了

1.1.1      毫秒级与纳秒级

struct timeval{

       time_t  tv_sec;    // seconds

       susecond_t  tv_usec;              // microseconds

}

struct timespec{

       time_t  tv_sec;    // seconds

       long  tv_nsec;            // nanoseconds

}

显而易见的原因，后者更受用户的青睐。

1.1.1      标准c提供的时间

struct tm{

       ···

}      // 定义在<time.h>中，使用我们更容易理解的方式，更生活化

1.1.2      进程时间类型

typedef long clock_t;  对于不同函数，该变量表示HZ，或者CLOCKS_PER_SEC

1.1        接口

系统提供的接口主要有两类：获取、设置时间。前者还包括进程时间的获取

另外，也能够对系统时钟进行调校

接口简单罗列如下：

time()                   // s                ßà stime()

gettimeofday()     // us              ßà settimeofday()

clock_gettime()    // ns              ßàclock_settime()

times()                 // clock_t

另外，系统还提供各种数据结构转换的接口，调校时钟的接口等

1        Linux定时器

1.1        Linux提供的睡眠系统调用– 临时定时器

Linux提供了几个睡眠的系统调用

sleep()                        // s

usleep()                      // us

nanosleep()                // ns

clock_nanosleep()    //POSIX规范接口，更高级，提供各种类型的定时器

1.1        进程唯一的实时定时器

对于进程唯一的实时定时器的使用，系统提供了两类接口：alarm / ualarm，以及 getitimer /setitimer

前者是简单的小闹钟，结合信号量使用，精确度在秒级

后者则更为高级，其提供了3种工作模式，能够较好的过滤掉诸如上下文切换带来的统计误差：

REAL：记录墙上时间的流逝（SIGALARM）

VIRTUAL：只记录进程空间的时间流逝（SIGVTALARM）

PROF：在进程执行以及内核为进程服务时，记录时间的流逝（SIGPROF）

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使用定时器的目的无非是为了周期性的执行某一任务，或者是到了一个指定时间去执行某一个任务。要达到这一目的，一般有两个常见的比较有效的方法。一个是用linux内部的三个定时器，另一个是用sleep, usleep函数让进程睡眠一段时间，使用alarm定时发出一个信号，还有那就是用gettimeofday, difftime等自己来计算时间间隔，然后时间到了就执行某一任务，但是这种方法效率低，所以不常用。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void sigalrm_fn(int sig)
{
        /* Do something */
        printf("alarm!\n");
        alarm(2);
        return;
}
int main(void)
{
        signal(SIGALRM, sigalrm_fn);
        alarm(2);
        /* Do someting */
        while(1) pause();
}

//********************************************************************************//

2 Signals:

Signal	Description
SIGABRT	由调用abort函数产生，进程非正常退出
SIGALRM	用alarm函数设置的timer超时或setitimer函数设置的interval timer超时
SIGBUS	某种特定的硬件异常，通常由内存访问引起
SIGCANCEL	由Solaris Thread Library内部使用，通常不会使用
SIGCHLD	进程Terminate或Stop的时候，SIGCHLD会发送给它的父进程。缺省情况下该Signal会被忽略
SIGCONT	当被stop的进程恢复运行的时候，自动发送
SIGEMT	和实现相关的硬件异常
SIGFPE	数学相关的异常，如被0除，浮点溢出，等等
SIGFREEZE	Solaris专用，Hiberate或者Suspended时候发送
SIGHUP	发送给具有Terminal的Controlling Process，当terminal被disconnect时候发送
SIGILL	非法指令异常
SIGINFO	BSD signal。由Status Key产生，通常是CTRL+T。发送给所有Foreground Group的进程
SIGINT	由Interrupt Key产生，通常是CTRL+C或者DELETE。发送给所有ForeGround Group的进程
SIGIO	异步IO事件
SIGIOT	实现相关的硬件异常，一般对应SIGABRT
SIGKILL	无法处理和忽略。中止某个进程
SIGLWP	由Solaris Thread Libray内部使用
SIGPIPE	在reader中止之后写Pipe的时候发送
SIGPOLL	当某个事件发送给Pollable Device的时候发送
SIGPROF	Setitimer指定的Profiling Interval Timer所产生
SIGPWR	和系统相关。和UPS相关。
SIGQUIT	输入Quit Key的时候（CTRL+\）发送给所有Foreground Group的进程
SIGSEGV	非法内存访问
SIGSTKFLT	Linux专用，数学协处理器的栈异常
SIGSTOP	中止进程。无法处理和忽略。
SIGSYS	非法系统调用
SIGTERM	请求中止进程，kill命令缺省发送
SIGTHAW	Solaris专用，从Suspend恢复时候发送
SIGTRAP	实现相关的硬件异常。一般是调试异常
SIGTSTP	Suspend Key，一般是Ctrl+Z。发送给所有Foreground Group的进程
SIGTTIN	当Background Group的进程尝试读取Terminal的时候发送
SIGTTOU	当Background Group的进程尝试写Terminal的时候发送
SIGURG	当out-of-band data接收的时候可能发送
SIGUSR1	用户自定义signal 1
SIGUSR2	用户自定义signal 2
SIGVTALRM	setitimer函数设置的Virtual Interval Timer超时的时候
SIGWAITING	Solaris Thread Library内部实现专用
SIGWINCH	当Terminal的窗口大小改变的时候，发送给Foreground Group的所有进程
SIGXCPU	当CPU时间限制超时的时候
SIGXFSZ	进程超过文件大小限制
SIGXRES	Solaris专用，进程超过资源限制的时候发送

所需头文件

#include<unistd.h>
unsigned int alarm（unsigned int seconds);

成功：如果调用此alarm（）前，进程已经设置了闹钟时间，则返回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0。

出错：-1

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Linux内置的3个定时器

Linux为每个任务安排了3个内部定时器：

ITIMER_REAL：实时定时器，不管进程在何种模式下运行（甚至在进程被挂起时），它总在计数。定时到达，向进程发送SIGALRM信号。

ITIMER_VIRTUAL：这个不是实时定时器，当进程在用户模式（即程序执行时）计算进程执行的时间。定时到达后向该进程发送SIGVTALRM信号。 

ITIMER_PROF：进程在用户模式（即程序执行时）和核心模式（即进程调度用时）均计数。定时到达产生SIGPROF信号。ITIMER_PROF记录的时间比ITIMER_VIRTUAL多了进程调度所花的时间。

定时器在初始化是，被赋予一个初始值，随时间递减，递减至0后发出信号，同时恢复初始值。在任务中，我们可以一种或者全部三种定时器，但同一时刻同一类型的定时器只能使用一个。

使用滴答数计时。

用到的函数有：

#include <sys/time.h>
int getitimer(int which, struct itimerval *value);
int setitimer(int which, struct itimerval*newvalue, struct itimerval* oldvalue);
strcut timeval
{
long tv_sec; /*秒*/
long tv_usec; /*微秒*/
};
struct itimerval
{
struct timeval it_interval; /*时间间隔*/
struct timeval it_value;   /*当前时间计数*/
};

it_interval用来指定每隔多长时间执行任务， it_value用来保存当前时间离执行任务还有多长时间。比如说， 你指定it_interval为2秒(微秒为0)，开始的时候我们把it_value的时间也设定为2秒（微秒为0），当过了一秒， it_value就减少一个为1， 再过1秒，则it_value又减少1，变为0，这个时候发出信号（告诉用户时间到了，可以执行任务了），并且系统自动把it_value的时间重置为it_interval的值，即2秒，再重新计数。

用select()函数可以实现定时，而且可以将时间精确到毫秒级：

 

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
int count = 0;
void set_timer()
{
        struct itimerval itv, oldtv;
        itv.it_interval.tv_sec = 5;
        itv.it_interval.tv_usec = 0;
        itv.it_value.tv_sec = 5;
        itv.it_value.tv_usec = 0;

        setitimer(ITIMER_REAL, &itv, &oldtv);
}

void sigalrm_handler(int sig)
{
        count++;
        printf("timer signal.. %d\n", count);
}

int main()
{
        signal(SIGALRM, sigalrm_handler);
        set_timer();
        while (count < 1000)
        {}
        exit(0);
}

which为定时器类型，setitimer支持3种类型的定时器：

ITIMER_REAL: 以系统真实的时间来计算，它送出SIGALRM信号。

ITIMER_VIRTUAL: -以该进程在用户态下花费的时间来计算，它送出SIGVTALRM信号。

ITIMER_PROF: 以该进程在用户态下和内核态下所费的时间来计算，它送出SIGPROF信号。

setitimer()第一个参数which指定定时器类型（上面三种之一）；第二个参数是结构itimerval的一个实例；第三个参数可不做处理。