posix timer使用入门

news/2024/11/3 2:30:59/

在c、c++开发中，如果使用定时器，我们经常会使用posix timer。posix timer使用较为灵活，本文介绍posix timer的使用。

1example

如下是使用posix timer的一个例子。主要使用了3个api：timer_create用于创建一个timer，但是timer创建之后，并没有启动；使用timer_settime可以启动定时器；使用timer_delete可以删除定时器。

使用posix timer编译的时候要带-lrt。

struct itimerspec {
    struct timespec it_value;    // 定时器启动之后，第一次执行的时间
    struct timespec it_interval; // 如果设置为0，那么定时器只执行一次；大于0，则是定时器的周期
};

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>void timer_cb(union sigval sigev_value) { printf("timer callback\n"); }int main() {struct sigevent sev;struct itimerspec its;timer_t timer_id;sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD;sev.sigev_notify_function = timer_cb;sev.sigev_notify_attributes = NULL;timer_create(CLOCK_BOOTTIME, &sev, &timer_id);its.it_interval.tv_sec = 1;its.it_interval.tv_nsec = 0;its.it_value.tv_sec = 1;its.it_value.tv_nsec = 0;timer_settime(timer_id, 0, &its, NULL);sleep(10);timer_delete(timer_id);return 0;
}

2时钟源

timer_create的第一个参数是clockid，表示时钟的类型。

int timer_create(clockid_t clockid, struct sigevent *sevp,
                        timer_t *timerid);

linux中的时钟id比较多，在定时器中经常使用CLOCK_BOOTTIME或CLOCK_MONOTONIC。

CLOCK_REALTIME

从1970年1月1日8点开始的时间，这个就是系统时间，也叫墙上时间，比如2024年10月10日10时10分10秒。

如果系统的时间会变化，比如系统开启了NTP网络时钟同步，这样的话系统时间就会不断变化调整。

这种时钟不适合用在定时器中，因为时钟变化会影响时钟。适用于获取当前时间。

CLOCK_BOOTTIME系统启动之后开始计时，适合用在定时器中。
CLOCK_MONOTONIC系统启动之后开始计时，与CLOCK_BOOTTIME的区别是，如果系统休眠了，那么CLOCK_BOOTTIME也会继续计时；而CLOCK_MONOTONIC不会。
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID用于计量进程实际消耗的cpu时间。
CLOCK_THREAD_CPUTIE_ID用于计量线程实际消耗的cpu时间。

3定时器触发方式

触发方式指的是定时器超时之后，以什么样的方式来触发调用定时器回调函数。posix timer中提供了如下 4 种方式。

信号通知方式

说明

SIGEV_NONE

超时之后什么都不做，需要用户调用函数timer_gettime来确定定时器是不是超时。

SIGEV_SIGNAL

当定时器超时，向进程发信号。

信号对整个进程都是有效的。也就是说，对于多线程程序来说，如果线程中有 sleep 或者其它阻塞的话，那么信号同样也会将这些阻塞唤醒，所以就需要对信号有额外的控制，控制起来比较复杂。

SIGEV_THREAD

posix内部会创建一个线程用来执行用户注册的定时器回调函数

SIGEV_THREAD_ID

需要用户自己创建一个线程，该线程会调用定时器回调函数

在工作中，经常使用SIGEV_THREAD和SIGEV_THREAD_ID。SIGEV_THREAD，每个定时器超时需要执行的时候都会创建一个线程，执行完毕，线程销毁，线程有底层库实现，不需要用户关心，使用方便，但是每次都要创建并销毁线程，对性能不友好；SIGEV_THREAD_ID中使用的线程需要由用户自己创建，使用稍复杂，但是用户可以进行更精确的控制。SIGEV_THREAD_ID在实际使用中，往往一个线程要使用一个线程 。

SIGEV_THREAD和SIGEV_THREAD_ID，针对每一个定时器都需要创建一个线程。如果我们想要使用多个定时器共用一个线程呢，这个时候，我们可以使用SIGEV_NONE，这种方式，我们可以使用一个线程，每隔一定时间(假设为T)检查所有定时器是不是超时，超时则执行回调函数，这里的T就是定时器的精度。

3.1SIGEV_NONE

如下是一个简单的例子，使用一个线程管理3个定时器。

（1）使用its.it_value.tv_sec == 0 && its.it_value.tv_nsec == 0来判断定时器是不是超时

（2）it_interval需要设置为0，timer_gettime获取的是定时器剩余的时间，如果不设置为0的话，那么定时器超时之后，会再一次进行计时，那么线程很难捕获到its.it_value.tv_sec == 0 && its.it_value.tv_nsec == 0条件满足的情况。

    struct itimerspec its;
    its.it_value.tv_sec = 3;
    its.it_value.tv_nsec = 0;
    its.it_interval.tv_sec = 0;
    its.it_interval.tv_nsec = 0;

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>#define NUM_TIMERS 3
typedef void (*CB)();
CB timer_cb[NUM_TIMERS];
timer_t timer_id[NUM_TIMERS];void cb1() {printf("timer 1\n");
}void cb2() {printf("timer 2\n");
}void cb3() {printf("timer 3\n");
}int create_timer(int seq, CB cb) {timer_t timerid;struct sigevent sev;sev.sigev_notify = SIGEV_NONE;sev.sigev_value.sival_ptr = &timerid;if (timer_create(CLOCK_BOOTTIME, &sev, &timerid) == -1) {perror("timer_create");return -1;}struct itimerspec its;its.it_value.tv_sec = 3;its.it_value.tv_nsec = 0;its.it_interval.tv_sec = 0;its.it_interval.tv_nsec = 0;if (timer_settime(timerid, 0, &its, NULL) == -1) {perror("timer_settime");return -1;}printf("seq %d, cb %p\n", seq, cb);cb();timer_cb[seq] = cb;timer_id[seq] = timerid;return 0;
}void* timer_manager() {while (1) {for (int i = 0; i < NUM_TIMERS; i++) {struct itimerspec its;if (timer_gettime(timer_id[i], &its) == -1) {perror("timer_gettime");continue;}if (its.it_value.tv_sec == 0 && its.it_value.tv_nsec == 0) {printf("call timer call back, cb %p\n", timer_cb[i]);timer_cb[i]();its.it_value.tv_sec = 3;its.it_value.tv_nsec = 0;timer_settime(timer_id[i], 0, &its, NULL);}}usleep(4 * 1000);}return NULL;
}int main() {create_timer(0, cb1);create_timer(1, cb2);create_timer(2, cb3);pthread_t thread_id;if (pthread_create(&thread_id, NULL, timer_manager, NULL) != 0) {perror("pthread_create");exit(EXIT_FAILURE);}sleep(60);for (int i = 0; i < NUM_TIMERS; i++) {timer_delete(timer_id[i]);}return 0;
}

3.2SIGEV_THREAD

如下是使用SIGEV_THREAD触发方式，创建了两个定时器，周期分别为5s和3s，定时器回调函数分别为timer_cb5和timer_cb3，在回调函数中打印了线程id。

如下是运行时的打印，从打印可以看出来，定时器函数每次调用，都会创建一个新的线程。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>void timer_cb5(union sigval sigev_value) { printf("timer callback 5, tid %d\n", gettid()); }
void timer_cb3(union sigval sigev_value) { printf("timer callback 3, tid %d\n", gettid()); }void create_timer(int period_in_second, void *cb) {struct sigevent sev;struct itimerspec its;timer_t timer_id;sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD;sev.sigev_notify_function = cb;sev.sigev_notify_attributes = NULL;timer_create(CLOCK_BOOTTIME, &sev, &timer_id);its.it_interval.tv_sec = period_in_second;its.it_interval.tv_nsec = 0;its.it_value.tv_sec = period_in_second;its.it_value.tv_nsec = 0;timer_settime(timer_id, 0, &its, NULL);
}int main() {create_timer(5, timer_cb5);create_timer(3, timer_cb3);sleep(100);return 0;
}

3.3SIGEV_THREAD_ID

SIGEV_THREAD中的线程是posix库内部创建的线程，并且定时器的吗诶个周期都是创建一个线程，销毁一个线程。

SIGEV_THREAD_ID使用的是用户创建的线程，这样便于用户进行精确控制。在实际使用中，定时器是有精度误差的，特别是在linux这种非确定的操作系统中，用户态的定时器还受调度精度影响，并且误差不可预测。如果我们对某个定时器的精度要求高，那么可以将定时器线程设置为实时调度策略，来优化精度表现。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>#define _GNU_SOURCE
#include <sys/types.h>void sig_handler(int a, siginfo_t *b, void *c) {printf("signal handler, tid %d, signal %d\n", gettid(), a);return;
}void create_timer(int signum, int period_in_second, void *cb) {struct sigaction sa;sa.sa_flags = 0;sa.sa_sigaction = cb;sigemptyset(&sa.sa_mask);sigaction(signum, &sa, NULL);sigevent_t event;timer_t timerid;event.sigev_notify = SIGEV_THREAD_ID;event.sigev_signo = signum;event._sigev_un._tid = gettid();event.sigev_value.sival_ptr = NULL;timer_create(CLOCK_BOOTTIME, &event, &timerid);struct itimerspec its;its.it_interval.tv_sec = period_in_second;its.it_interval.tv_nsec = 0;its.it_value.tv_sec = period_in_second;its.it_value.tv_nsec = 0;timer_settime(timerid, 0, &its, NULL);
}void *thread_func(void *arg) {create_timer(34, 3, sig_handler);create_timer(34, 5, sig_handler);while(1);return NULL;
}int main() {pthread_t thread;pthread_create(&thread, NULL, thread_func, NULL);sleep(100);return 0;
}

http://www.ppmy.cn/news/1544032.html

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