Linux定时器

Linux定时器

1. 睡眠函数

Linux下有两个睡眠函数，

#include <unistd.h>

unsigned int sleep(unsigned int seconds);

int usleep(useconds_t usec);

unsigned int alarm(unsigned int seconds);
1.seconds秒后触发一个SIGALRM信号，具体操作需要在信号处理函数中完成
2.seconds设置为0，则所有正在等待的alarm全部被取消
3.alarm和settimer共享共一个定时器，调用一个会影响到另一个
4.alarm创造的Alarms可以被Execve保留但是不会被fork产生的子进程继承
5.sleep的实现可能会用到SIGALRM，因此混用alarm与sleep会导致错误

2. 时钟处理

+　Linux为每个进程维护3个计时器，分别是，

1. 真实计时器 计算程序运行的实际时间 发送SIGALRM 信号

2. 虚拟计时器 计算的时程序运行在用户态时所消耗的时间，实际时间减去系统调用和程序睡眠所消耗的时间 发送SIGVTALRAM 信号

3. 实用计时器 程序处于用户态和处于内核态所消耗的时间之和 发送SIGPROF信号

   用指定的初始间隔和重复间隔时间为进程设定好一个计时器后，该计时器就会定时的向进程发送时钟信号。·

• 函数和数据结构

  #include <signal.h>
  #include <time.h>
  链接指令 -lrt
  int timer_create(clockid_t clockid, struct sigevent *sevp,
                          timer_t *timerid);
  创建一个新的进程内部的定时器变量，定时器id使用timerid返回，因此timerfd不能为空指针，该id在进程内唯一。clockid参数可以被设置为以下值：
  CLOCK_REALTIME
  CLOCK_MOONOTONIC
  CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID
  CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID
  CLOCK_BOOTTIME
  CLOCK_REALTIME_ALARM
  CLOCK_BOOTTIME_ALARM   
      
  #include <sys/time.h>
  1.//获取计时器的设置
  int getitimer(int which, struct itimerval *curr_value);	
  2.//设置计时器
  int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value,
                       	 struct itimerval *old_value); 
  
             struct itimerval {
               struct timeval it_interval; /* Interval for periodic timer */
                 struct timeval it_value;    /* Time until next expiration */
             };
  
             struct timeval {
                 time_t      tv_sec;         /* seconds */
                 suseconds_t tv_usec;        /* microseconds */
             };
  参数which指定哪个计时器，可选项为
  ITIMER_REAL(真实计时器)、
  ITIMER_VIRTUAL(虚拟计时器、
  ITIMER_PROF(实用计时器)。
                                                       
                                               
  

  3. 利用文件描述符进行通知的定时器：timerfd API

  #include <sys/timerfd.h>
  
  int timerfd_create(int clockid, int flags);
  clockid 可以被设置为
        	CLOCK_REALTIME	相对时间，从1970.1.1到目前的时间。更改系统时间 会更改获取的值，它以系统时间为坐标。
      	`CLOCK_MONOTONIC`绝对时间，获取的时间为系统重启到现在的时间，更改系统时间对齐没有影响。
  参数flags可以被设置为
      TFD_NONBLOCK（非阻塞）
  	TFD_CLOEXEC（同`O_CLOEXEC`）
  
  int timerfd_settime(int fd, int flags,
      		                		const struct itimerspec *new_value,
                             		  	struct itimerspec *old_value);
  
  int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);
  
  
           struct timespec {
               	time_t tv_sec;                /* Seconds */
                  long   tv_nsec;               /* Nanoseconds */
           };
  
           struct itimerspec {
                 		struct timespec it_interval;  /* Interval for periodictimer */
               		struct timespec it_value;     /* Initial expiration */
             };
  参数fd:  timerfd对应的文件描述符
  参数flag可被设置为 
      0 表示相对定时器
      TFD_TIMER_ABSTIME 表示是绝对定时器
  参数new_value：设置超时时间，如果为0,则表示停止定时器
  

参数old_value:一般设置为nullptr,如果不设置为nullptr则返回定时器此次之前设置的超时时间

这些系统调用通过文件描述符创建定时器并传递定时器到期通知，提供了对set_timer和timer_create的替代方案。好处是文件描述符可以被select\poll\epoll监控，相对信号控制方便很多。用法与timer的用法类似

• 定时器类的C++封装

接口设计：

1. 设定等待间隔和等待时间、开始计时，结束计时，以及计时到期后触发的时间
2. 内部维护一个任务队列，定期执行任务队列中的任务。
3. 为了让每个任务可以有自己的执行ll时间间隔，可以规定定时器管理类的间隔单位。
4. 设置一个任务类，其中设置每个任务的执行间隔，距离下次执行任务剩余的时间间隔。
5. 定时器管理类，每隔最小时间间隔单位去检查任务队列中的任务，如果其内部计时器小于等于0，则执行该任务，并将计时器归0.否则，在定时器上减去一个基本单位
6. 为了管理任务队列中的数据，可以考虑增加一个待加入队列和待删除队列。
7. 在每个基本时间间隔过期时，检查待加入任务队列和待删除任务队列。并将其中的任务加入/删除 任务队列

4. 时间轮盘 ->实现定期执行任务。

1. 设置一个循环队列，其长度为定时器管理类的基本时间间隔总数，
2. 设置一个指向队尾的指针，这个指针每秒移动一格，
3. 链表中的每一个节点本身维护一个任务队列。
4. 每次定时器到期后检查该时间节点的槽,如果槽内有任务。则将槽内的任务执行，并结合任务的执行间隔，将任务添加到下一个需要执行的时间节点
5. 当前时间槽执行完毕后进行清空操作。继续执行下一个时间槽。