在 Linux 中创建定时器

这是一个演示如何创建 POSIX 兼容的间隔定时器的教程。

对开发人员来说，定时某些事件是一项常见任务。定时器的常见场景是看门狗、任务的循环执行，或在特定时间安排事件。在这篇文章中，我将演示如何使用 timer_create(…) 创建一个 POSIX 兼容的间隔定时器。

你可以从 GitHub 下载下面样例的源代码。

准备 Qt Creator

我使用 Qt Creator 作为该样例的 IDE。为了在 Qt Creator 运行和调试样例代码，请克隆 GitHub 上的仓库，打开 Qt Creator，在 “ 文件 File -> 打开文件或项目…… Open File or Project… ” 并选择 “CMakeLists.txt”：

Qt Creator open project

在 Qt Creator 中打开项目

选择工具链之后，点击 “ 配置项目 Configure Project ”。这个项目包括三个独立的样例（我们在这篇文章中将只会用到其中的两个）。使用绿色标记出来的菜单，可以在每个样例的配置之间切换，并为每个样例激活在终端运行 “ 在终端中运行 Run in terminal ”（用黄色标记）。当前用于构建和调试的活动示例可以通过左下角的“ 调试 Debug ” 按钮进行选择（参见下面的橙色标记）。

Project configuration

项目配置

线程定时器

让我们看看 simple_threading_timer.c 样例。这是最简单的一个。它展示了一个调用了超时函数 expired 的间隔定时器是如何被创建的。在每次过期时，都会创建一个新的线程，在其中调用函数 expired：

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

void expired(union sigval timer_data);

pid_t gettid(void);

struct t_eventData{
    int myData;
};

int main()
{
    int res = 0;
    timer_t timerId = 0;

    struct t_eventData eventData = { .myData = 0 };

    /*  sigevent 指定了过期时要执行的操作  */
    struct sigevent sev = { 0 };

    /* 指定启动延时时间和间隔时间 
    * it_value和it_interval 不能为零 */

    struct itimerspec its = {   .it_value.tv_sec  = 1,
                                .it_value.tv_nsec = 0,
                                .it_interval.tv_sec  = 1,
                                .it_interval.tv_nsec = 0
                            };

    printf("Simple Threading Timer - thread-id: %d\n", gettid());

    sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
    sev.sigev_notify_function = &amp;expired;
    sev.sigev_value.sival_ptr = &amp;eventData;

    /* 创建定时器 */
    res = timer_create(CLOCK_REALTIME, &amp;sev, &amp;timerId);

    if (res != 0){
        fprintf(stderr, "Error timer_create: %s\n", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    /* 启动定时器 */
    res = timer_settime(timerId, 0, &amp;its, NULL);

    if (res != 0){
        fprintf(stderr, "Error timer_settime: %s\n", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    printf("Press ETNER Key to Exit\n");
    while(getchar()!='\n'){}
    return 0;
}

void expired(union sigval timer_data){
    struct t_eventData *data = timer_data.sival_ptr;
    printf("Timer fired %d - thread-id: %d\n", ++data->myData, gettid());
}

这种方法的优点是在代码和简单调试方面用量小。缺点是由于到期时创建新线程而增加额外的开销，因此行为不太确定。

中断信号定时器

超时定时器通知的另一种可能性是基于 内核信号。内核不是在每次定时器过期时创建一个新线程，而是向进程发送一个信号，进程被中断，并调用相应的信号处理程序。

由于接收信号时的默认操作是终止进程（参考 signal 手册页），我们必须要提前设置好 Qt Creator，以便进行正确的调试。

当被调试对象接收到一个信号时，Qt Creator 的默认行为是：

  • 中断执行并切换到调试器上下文。
  • 显示一个弹出窗口，通知用户接收到信号。

这两种操作都不需要，因为信号的接收是我们应用程序的一部分。

Qt Creator 在后台使用 GDB。为了防止 GDB 在进程接收到信号时停止执行，进入 “ 工具 （ Tools ） -> 选项 Options ” 菜单，选择 “ 调试器 Debugger ”，并导航到 “ 本地变量和表达式 Locals & Expressions ”。添加下面的表达式到 “ 定制调试助手 Debugging Helper Customization ”：

handle SIG34 nostop pass

Signal no stop with error

Sig 34 时不停止

你可以在 GDB 文档 中找到更多关于 GDB 信号处理的信息。

接下来，当我们在信号处理程序中停止时，我们要抑制每次接收到信号时通知我们的弹出窗口:

Signal 34 pop up box

Signal 34 弹出窗口

为此，导航到 “GDB” 标签并取消勾选标记的复选框:

Timer signal windows

定时器信号窗口

现在你可以正确的调试 signal_interrupt_timer。真正的信号定时器的实施会更复杂一些：

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

#define UNUSED(x) (void)(x)

static void handler(int sig, siginfo_t *si, void *uc);
pid_t gettid(void);

struct t_eventData{
    int myData;
};

int main()
{
    int res = 0;
    timer_t timerId = 0;

    struct sigevent sev = { 0 };
    struct t_eventData eventData = { .myData = 0 };

    /* 指定收到信号时的操作 */
    struct sigaction sa = { 0 };

    /* 指定启动延时的时间和间隔时间 */
    struct itimerspec its = {   .it_value.tv_sec  = 1,
                                .it_value.tv_nsec = 0,
                                .it_interval.tv_sec  = 1,
                                .it_interval.tv_nsec = 0
                            };

    printf("Signal Interrupt Timer - thread-id: %d\n", gettid());

    sev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL; // Linux-specific
    sev.sigev_signo = SIGRTMIN;
    sev.sigev_value.sival_ptr = &amp;eventData;

    /* 创建定时器 */
    res = timer_create(CLOCK_REALTIME, &amp;sev, &amp;timerId);

    if ( res != 0){
        fprintf(stderr, "Error timer_create: %s\n", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    /* 指定信号和处理程序 */
    sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
    sa.sa_sigaction = handler;

    /* 初始化信号 */
    sigemptyset(&amp;sa.sa_mask);

    printf("Establishing handler for signal %d\n", SIGRTMIN);

    /* 注册信号处理程序 */
    if (sigaction(SIGRTMIN, &amp;sa, NULL) == -1){
        fprintf(stderr, "Error sigaction: %s\n", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    /* 启动定时器 */
    res = timer_settime(timerId, 0, &amp;its, NULL);

    if ( res != 0){
        fprintf(stderr, "Error timer_settime: %s\n", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    printf("Press ENTER to Exit\n");
    while(getchar()!='\n'){}
    return 0;
}

static void
handler(int sig, siginfo_t *si, void *uc)
{
    UNUSED(sig);
    UNUSED(uc);
    struct t_eventData *data = (struct t_eventData *) si->_sifields._rt.si_sigval.sival_ptr;
    printf("Timer fired %d - thread-id: %d\n", ++data->myData, gettid());
}

与线程定时器相比，我们必须初始化信号并注册一个信号处理程序。这种方法性能更好，因为它不会导致创建额外的线程。因此，信号处理程序的执行也更加确定。缺点显然是正确调试需要额外的配置工作。

总结

本文中描述的两种方法都是接近内核的定时器的实现。不过，即使 timer_create(…) 函数是 POSIX 规范的一部分，由于数据结构的细微差别，也不可能在 FreeBSD 系统上编译样例代码。除了这个缺点之外，这种实现还为通用计时应用程序提供了细粒度控制。

via: https://opensource.com/article/21/10/linux-timers

作者：Stephan Avenwedde 选题：lujun9972 译者：FigaroCao 校对：wxy

本文由 LCTT 原创编译，Linux中国 荣誉推出

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