[Linux用户空间编程-3]（Linux定时机制的几种实现方法）

青春须早为，岂能长少年。这篇文章主要讲述[Linux用户空间编程-3]：Linux定时机制的几种实现方法相关的知识，希望能为你提供帮助。

作者主页(??文火冰糖的硅基工坊???)：??文火冰糖（王文兵）的博客_文火冰糖的硅基工坊?
?目录?
??前言：??
??定时器的常见使用方法??
??1. 使用sleep()和usleep()??
??2. 使用信号量SIGALRM + alarm()??
??3. 利用POSIX定时器：time.h??
??4. 使用RTC hardware device（适合实时性要求高的场合）??
??5. 使用select()??
前言：定时器Timer应用场景非常广泛，在Linux下，有以下几种方法：
（1）sleep
（2）SIGALRM + alarm()
（3）POSIX time
（4）使用RTC hardware device
（5）select
定时器的常见使用方法?1. 使用sleep()和usleep()?
其中sleep精度是1秒，usleep精度是1微妙。
使用这种方法缺点比较明显，在Linux系统中，sleep类函数不能保证精度，尤其在系统负载比较大时，sleep一般都会有超时现象。
while(1)

sleep(1);

周期性的被调度器唤醒，调度执行。
?2. 使用信号量SIGALRM + alarm()?
这种方式的精度能达到1秒，其中利用了Linux系统的信号量机制，
首先注册信号量SIGALRM处理函数，调用alarm()，设置定时长度，代码如下：

#include < stdio.h>

#include < signal.h>

void timer_handler(int sig)

if(SIGALRM == sig)

printf("timer\\n");

alarm(1); //再次发送alarm， 1表示1s后发送alarm

return ;

int main()

signal(SIGALRM, timer_handler); //relate the signal and function

alarm(1); //trigger the timer_handler, 1表示发送alarm的延时时间

getchar();

return 0;

alarm方式虽然很好，但是无法首先低于1秒的精度。
3. 利用POSIX定时器：time.h
?（1）概述?
【[Linux用户空间编程-3]（Linux定时机制的几种实现方法）】最强大的定时器接口来自POSIX时钟系列，其创建、初始化以及删除一个定时器的行动被分为三个不同的函数：

timer_create()：创建定时器
timer_settime()：初始化定时器
timer_delete：销毁定时器

?（2）代码示例?

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

# 定时回调函数，函数会被定时中断周期的调用
void timer_thread(union sigval v)

# v.sival_int从定时器软中断/Signal传递过来的信息
printf("timer_thread function! %d\\n", v.sival_int);

int main()

# 定时器标识
timer_t timerid;

# 定时软中断信息
struct sigevent evp;
//清零初始化
memset(& evp, 0, sizeof(struct sigevent));

# 定时器的创建者传递给定时器的处理者的信息：
evp.sigev_value.sival_int = 111;
# 定时线程被通知的方式，启动一个新的线程来调用callback函数
evp.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
# 定时回调函数
evp.sigev_notify_function = timer_thread;

# 创建定时器
// int timer_create(clockid_t clockid, struct sigevent *evp, timer_t *timerid);
// clockid：定时器的类型：
// CLOCK_REALTIME,CLOCK_MONOTONIC，CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID,CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID
// evp--存放环境值的地址,结构成员说明了定时器到期的通知方式和处理方式等
// timerid--用户存放返回的定时器标识符

if (timer_create(CLOCK_REALTIME, & evp, & timerid) == -1)

perror("fail to timer_create");
exit(-1);

# 设置定时器的参数：
// XXX int timer_settime(timer_t timerid, int flags, const struct itimerspec *new_value,struct itimerspec *old_value);
// timerid--定时器标识
// flags--0表示相对时间，1表示绝对时间
// new_value--定时器的新初始值和间隔，如下面的it
// old_value--取值通常为0，即第四个参数常为NULL,若不为NULL，则返回定时器的前一个值

//第一次间隔it.it_value这么长,以后每次都是it.it_interval这么长,就是说it.it_value变0的时候会装载it.it_interval的值
struct itimerspec it;
it.it_interval.tv_sec = 1;
it.it_interval.tv_nsec = 0;
it.it_value.tv_sec = 1;
it.it_value.tv_nsec = 0;

if (timer_settime(timerid, 0, & it, NULL) == -1)

perror("fail to timer_settime");
exit(-1);

pause();

return 0;

# 获得定时器当期的计数值
/*
* int timer_gettime(timer_t timerid, struct itimerspec *curr_value);
* 获取timerid指定的定时器的值，填入curr_value
*
*/

?（3）CLOCK_MONOTONIC与CLOCK_REALTIME的区别：?
?CLOCK_MONOTONIC：?是monotonic time，monotonic time字面意思是单调时间，实际上它指的是系统启动以后流逝的时间，这是由变量jiffies来记录的。系统每次启动时jiffies初始化为0，每来一个timer interrupt，jiffies加1，也就是说它代表系统启动后流逝的tick数。jiffies一定是单调递增的。
?CLOCK_REALTIME：?是wall time，wall time字面意思是挂钟时间，实际上就是指的是现实的时间，这是由变量xtime来记录的。系统每次启动时将CMOS上的RTC时间读入xtime，这个值是"自1970-01-01起经历的秒数、本秒中经历的纳秒数"，每来一个timer interrupt，也需要去更新xtime。
wall time不一定是单调递增的。因为wall time是指现实中的实际时间，如果系统要与网络中某个节点时间同步、或者由系统管理员觉得这个wall time与现实时间不一致，有可能任意的改变这个wall time。最简单的例子是，我们用户可以去任意修改系统时间，这个被修改的时间应该就是wall time，即xtime，它甚至可以被写入RTC而永久保存。一些应用软件可能就是用到了这个wall time，比如以前用vmware workstation，一启动提示试用期已过，但是只要把系统时间调整一下提前一年，再启动就不会有提示了，这很可能就是因为它启动时用gettimeofday去读wall time，然后判断是否过期，只要将wall time改一下，就可以欺骗过去了。
因此，如果需要严格的不受系统时间影响的定时器，则需要使用?CLOCK_MONOTONIC类型。?
?4. 使用RTC hardware device（适合实时性要求高的场合）?
RTC机制利用系统硬件中断提供的Real Time Clock机制，
通过读取RTC硬件/dev/rtc，通过ioctl()设置RTC频率，代码如下：

#include < stdio.h>

#include < linux/rtc.h>

#include < sys/ioctl.h>

#include < sys/time.h>

#include < sys/types.h>

#include < fcntl.h>

#include < unistd.h>

#include < errno.h>

#include < stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])

unsigned long i = 0;

unsigned long data = https://www.songbingjia.com/android/0;

int retval = 0;

int fd = open ("/dev/rtc", O_RDONLY);

if(fd < 0)

perror("open");

exit(errno);

/*Set the freq as 4Hz*/

if(ioctl(fd, RTC_IRQP_SET, 1) < 0)

perror("ioctl(RTC_IRQP_SET)");

close(fd);

exit(errno);

/* Enable periodic interrupts */

if(ioctl(fd, RTC_PIE_ON, 0) < 0)

perror("ioctl(RTC_PIE_ON)");

close(fd);

exit(errno);

while(1)

# 周期性的被硬件唤醒

# 平时被阻塞在内核设备的同步锁上。

if(read(fd, & data, sizeof(unsigned long)) < 0)

# 出错处理

perror("read");

close(fd);

exit(errno);

printf("timer\\n");

/* Disable periodic interrupts */

ioctl(fd, RTC_PIE_OFF, 0);

close(fd);

return 0;

?优点：?这种方式比较方便，利用了系统硬件提供的RTC，精度可调，而且非常高。
?缺点：?
?（1）?需要在内核空间写内核驱动程序，并虚拟出一个硬件设备。
（2）用户空间程序通过?

?read(fd, &
data, sizeof(unsigned long)阻塞在该设备上。?

?
（3）内核中断服务程序周期性?唤醒?阻塞read上??上的用户空间程序。??
由于该应用程序是有内核中断服务程序唤醒的，因此实时性比较高。
?5. 使用select()?
这种方法比较冷门，通过使用select()，来设置定时器；
原理利用select()方法的第5个参数，第一个参数设置为0，三个文件描述符集都设置为NULL，第5个参数为时间结构体，代码如下：

#include < sys/time.h>

#include < sys/select.h>

#include < time.h>

#include < stdio.h>

/*seconds: the seconds; mseconds: the micro seconds*/

void setTimer(int seconds, int mseconds)

struct timeval temp;

temp.tv_sec = seconds;

temp.tv_usec = mseconds;

# select被一直阻塞，直到超时后返回，起到了定时的作用。

select(0, NULL, NULL, NULL, & temp);

printf("timer\\n");

return ;

int main()

int i;

for(i = 0 ; i < 100; i++)

setTimer(1, 0);

return 0;

这种方法精度能够达到微妙级别，网上有很多基于select()的多线程定时器，说明select()稳定性还是非常好。
?总结：?如果对系统要求比较低，可以考虑使用简单的sleep()，毕竟一行代码就能解决；
如果系统对精度要求比较高，则可以考虑RTC机制和select()机制。
作者主页(??文火冰糖的硅基工坊???)：??文火冰糖（王文兵）的博客_文火冰糖的硅基工坊