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Dell网站建设建议,轻云服务器 多个网站,营销网站开发方案,国外打开网站会不会乱码用户空间定时器与内核定时器的关系 虽然用户空间定时器和内核定时器在实现上各自独立#xff0c;但用户空间定时器通常依赖于内核定时器提供的基础设施。以下是具体关系#xff1a; 依赖性 用户空间定时器的实现基于内核定时器。 例如#xff0c;POSIX 定时器使用内核的 h…用户空间定时器与内核定时器的关系 虽然用户空间定时器和内核定时器在实现上各自独立但用户空间定时器通常依赖于内核定时器提供的基础设施。以下是具体关系 依赖性 用户空间定时器的实现基于内核定时器。 例如POSIX 定时器使用内核的 hrtimer 机制。alarm() 和 setitimer() 使用内核低精度定时器。 内核通过用户态 API如 timerfd 和 clock_nanosleep()将定时器功能暴露给用户空间。 精度 用户空间定时器的精度取决于内核定时器的支持 在启用高分辨率定时器CONFIG_HIGH_RES_TIMERSy时用户空间定时器可以实现亚毫秒级精度。如果系统只支持低分辨率定时器用户空间定时器的精度会受到限制分辨率基于HZ和jiffies。 隔离性 内核定时器运行在内核态直接管理硬件资源对用户态透明。用户空间定时器运行在用户态通过系统调用访问内核资源。 性能 内核定时器的执行效率更高因为它直接操作硬件并在内核上下文中运行。用户空间定时器的执行效率相对较低因其需要从用户态切换到内核态并依赖系统调用。 用户空间定时器 在 Linux 中用户空间有多种方式可以使用定时器来执行定时任务或管理延时操作。以下是常见的方法及其详细说明 1. 使用 alarm() 函数 功能: alarm() 用于设置一个定时器定时结束时会向当前进程发送 SIGALRM 信号。 用法: #include unistd.h #include signal.h #include stdio.hvoid alarm_handler(int sig) {printf(Alarm triggered!\n); }int main() {signal(SIGALRM, alarm_handler); // 设置信号处理函数alarm(5); // 设置定时器5秒后触发pause(); // 等待信号return 0; }特点: 简单易用。只能设置秒级的定时器。只能设置一个定时器。定时器到期后如果是多线程会选择一个当前非阻塞的线程来处理信号处理线程并不确定。 依赖的内核机制 依赖于内核 jiffies即低分辨率定时器。内核定时器队列timer_list会管理这些定时器触发时发送信号。 2. 使用 setitimer() 函数 功能: setitimer() 可以设置定时器以精确控制一次性或周期性的定时任务。当定时时间到达时会向调用进程发送信号通常是 SIGALRM。 用法: #include sys/time.h #include signal.h #include stdio.hvoid timer_handler(int sig) {printf(Timer triggered!\n); }int main() {struct itimerval timer;signal(SIGALRM, timer_handler); // 设置信号处理函数// 定时器间隔为1秒timer.it_value.tv_sec 1;timer.it_value.tv_usec 0;timer.it_interval.tv_sec 1;timer.it_interval.tv_usec 0;setitimer(ITIMER_REAL, timer, NULL); // 设置定时器while (1); // 无限循环等待定时器触发return 0; }特点: 支持周期性定时器。提供微秒级别的精度。 依赖的内核机制 本身最初是设计为基于低分辨率定时器但在现代内核中如果高分辨率定时器启用它可以利用高分辨率定时器来提高精度。内核定时器队列timer_list会管理这些定时器触发时发送信号。 3. 使用 POSIX 定时器 (timer_create()** 和 timer_settime())** 功能: POSIX 定时器提供了灵活的定时功能可以通过多种方式通知如信号或回调。可以创建多个定时器。使用 timer_create() 创建一个定时器时间到达时触发信号或调用特定的回调函数。 用法: timer_create: 用于创建一个 POSIX 定时器。可以选择通知方式包括发送信号SIGEV_SIGNAL和使用线程回调SIGEV_THREAD。 timer_settime: 用于设置定时器的到期时间 (it_value) 和周期性时间 (it_interval)。 定时器的通知方式: SIGEV_SIGNAL: 定时器超时时发送指定信号如 SIGALRM。SIGEV_THREAD: 定时器超时时调用用户定义的回调函数。
// gcc -o posix_timer posix_timer.c -lrt -pthread#include time.h #include signal.h #include stdio.hvoid timer_handler(union sigval sv) {printf(POSIX timer triggered![%ld]\n, pthread_self()); }int main() {timer_t timerid;struct sigevent sev;struct itimerspec ts;sev.sigev_notify SIGEV_THREAD; // 使用线程通知方式sev.sigev_value.sival_ptr timerid;sev.sigev_notify_function timer_handler;sev.sigev_notify_attributes NULL;timer_create(CLOCK_REALTIME, sev, timerid);ts.it_value.tv_sec 2; // 初始触发时间ts.it_value.tv_nsec 0;ts.it_interval.tv_sec 2; // 周期触发时间ts.it_interval.tv_nsec 0;timer_settime(timerid, 0, ts, NULL);while (1); // 等待定时器触发return 0; }可以看到有两个线程一个main线程一个回调线程。 $ #ps -eLf | grep posix_timer congchp 1965725 1138860 1965725 99 2 11:11 pts/4 00:02:27 ./posix_timer congchp 1965725 1138860 1965726 0 2 11:11 pts/4 00:00:00 ./posix_timer congchp 1966341 939085 1966341 0 1 11:13 pts/2 00:00:00 grep –colorauto posix_timer特点: 支持多个定时器。支持多种通知方式如线程回调或信号。通知方式如果使用SIGEV_THREAD则自动创建一个回调线程。 依赖的内核机制 内核使用 hrtimer高精度定时器实现。hrtimer 基于内核的高精度时间子系统支持纳秒级别的精度。事件触发通过 softirq 或中断机制实现。 4. 使用 sleep() nanosleep()clock_nanosleep() 函数 功能 这些函数用于让进程挂起一定时间。sleep() 提供秒级精度而 nanosleep() 和 clock_nanosleep() 提供纳秒级精度。可以被信号(如CtrlC)打断。
※CtrlC后先发送SIGINT如果SIGINT没有被处理则发送SIGKILL强制终止进程。 用法: #include stdio.h #include time.h #include signal.h #include stdlib.hvoid handle_sigint(int sig) {printf(Received SIGINT (CtrlC). Exiting…\n); }int main() {struct timespec req, rem;req.tv_sec 2; // Sleep for 2 secondsreq.tv_nsec 500000000; // Plus 500 milliseconds// 设置自定义信号处理函数signal(SIGINT, handle_sigint);printf(Sleeping for 2.5 seconds…\n);if (nanosleep(req, rem) -1) {perror(nanosleep interrupted);printf(%ld.%ld remain\n, rem.tv_sec, rem.tv_nsec);return 1;}printf(Sleep complete!\n);return 0; } 依赖的内核机制 使用hrtimer高精度定时器进行时间跟踪。内核会将进程标记为睡眠状态定时时间到后通过唤醒机制让进程继续运行。 5. **使用 **poll()/select()/epoll()的超时功能 功能 提供 I/O 多路复用时的超时功能timeout用于等待文件描述符的状态变化。这些函数可以设置超时时间如果没有检测到IO让调用线程挂起指定时间。 用法: #include stdio.h #include poll.h #include unistd.hint main() {struct pollfd fds[1];fds[0].fd STDIN_FILENO; // Monitor standard inputfds[0].events POLLIN;int timeout 5000; // 5-second timeoutprintf(Waiting for input (5 seconds timeout)…\n);int ret poll(fds, 1, timeout);if (ret -1) {perror(poll failed);} else if (ret 0) {printf(Timeout occurred!\n);} else if (fds[0].revents POLLIN) {char buffer[100];read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));printf(Input received: %s, buffer);}return 0; }特点: 高效且支持事件驱动如结合 epoll。适用于文件描述符管理的场景。 依赖的内核机制 高分辨率定时器启用的情况下使用hrtimer否则使用tick-based定时器取决于内核配置和硬件支持。内核会将调用线程加入等待队列并在超时到期或事件发生时唤醒线程。 6. 使用 timerfd 接口 功能 timerfd: 通过文件描述符FD暴露定时器事件适合与 epoll 一起使用。read()函数读取出来的自上一次读取以来的所有未处理的超期次数。 用法: #include sys/timerfd.h #include unistd.h #include stdio.h #include stdint.hint main() {int tfd timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);struct itimerspec ts;ts.it_value.tv_sec 2; // 初始触发时间ts.it_value.tv_nsec 0;ts.it_interval.tv_sec 2; // 周期触发时间ts.it_interval.tv_nsec 0;timerfd_settime(tfd, 0, ts, NULL);uint64_t expirations;while (1) {read(tfd, expirations, sizeof(expirations)); // 阻塞等待printf(Timer expired %lu times\n, expirations); // expirations 1}close(tfd);return 0; }特点: 高效且支持事件驱动如结合 epoll。适用于大量定时器、文件描述符管理的场景。 依赖的内核机制 timerfd 基于内核的 hrtimer 实现。内核将定时器事件封装为文件描述符事件通过 VFS 层传递给用户空间。 对比各种方法 方法多定时器支持周期性定时器精度内核机制易用性推荐用途alarm()否否秒级低分辨率定时器简单单一的短时任务setitimer()否是微秒级低分辨率定时器较简单简单的周期性任务POSIX 定时器是是纳秒级高分辨率定时器较复杂多任务灵活的通知方式sleep()/nanosleep()否否秒级/纳秒低/高分辨率定时器简单简单的延时任务poll()/select()/epoll()是是毫秒级高分辨率定时器较复杂高效的文件描述符管理场景timerfd是是纳秒级高分辨率定时器较复杂高效的文件描述符管理场景 根据需求选择合适的定时器接口可以满足不同的用户空间定时任务需求。 timerfdIO多路复用组合使用 ※※※ 推荐的方法是timerfdIO多路复用组合使用的方法。 #define _GNU_SOURCE #include stdio.h #include stdlib.h #include unistd.h #include pthread.h #include sys/timerfd.h #include sys/epoll.h #include string.h #include stdint.h #include fcntl.h #include mqueue.h #include sched.h#define MAX_EVENTS 10 #define WORKER_COUNT 2 #define QUEUE_NAME /task_queue// 任务结构 typedef struct {int task_id; } Task;// 线程信息 typedef struct {mqd_t mqd;pthread_t thread;int id; } WorkerThread;WorkerThread workers[WORKER_COUNT];// 任务回调 void task_callback(int task_id) {printf(Worker processing task %d\n, task_id);sleep(1); // 模拟任务执行 }// 设定线程优先级 void set_thread_priority(pthread_t thread, int priority) {struct sched_param param;param.sched_priority priority;pthread_setschedparam(thread, SCHED_FIFO, param); }// 工作线程函数 void *worker_thread(void *arg) {WorkerThread *worker (WorkerThread *)arg;Task task;while (1) {if (mq_receive(worker-mqd, (char *)task, sizeof(Task), NULL) 0) {task_callback(task.task_id);}} }// 选择负载最轻的工作线程 WorkerThread *get_least_busy_worker() {struct mq_attr attr;WorkerThread *best_worker workers[0];for (int i 1; i WORKER_COUNT; i) {mq_getattr(workers[i].mqd, attr);struct mq_attr best_attr;mq_getattr(best_worker-mqd, best_attr);if (attr.mq_curmsgs best_attr.mq_curmsgs) {best_worker workers[i];}}return best_worker; }// 定时器检测线程 void *timer_thread(void *arg) {set_thread_priority(pthread_self(), 90);int epfd epoll_create1(0);int timerfd timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);struct itimerspec timer_value {.it_value {2, 0}, .it_interval {3, 0} };timerfd_settime(timerfd, 0, timer_value, NULL);struct epoll_event ev;ev.events EPOLLIN;ev.data.fd timerfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, timerfd, ev);while (1) {struct epoll_event events[MAX_EVENTS];int nfds epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);for (int i 0; i nfds; i) {if (events[i].data.fd timerfd) {uint64_t exp;read(timerfd, exp, sizeof(uint64_t));printf(Timer expired! Dispatching task…\n);static int task_id 0;Task task {task_id};WorkerThread *worker get_least_busy_worker();mq_send(worker-mqd, (char *)task, sizeof(Task), 0);}}} }// 主程序 int main() {struct mq_attr attr {.mq_flags 0,.mq_maxmsg 10,.mq_msgsize sizeof(Task),.mq_curmsgs 0};// 初始化工作线程for (int i 0; i WORKER_COUNT; i) {workers[i].id i;workers[i].mqd mq_open(QUEUE_NAME, O_CREAT | O_RDWR | O_NONBLOCK, 0644, attr);pthread_create(workers[i].thread, NULL, worker_thread, workers[i]);set_thread_priority(workers[i].thread, 80);}// 启动定时器检测线程pthread_t timer_tid;pthread_create(timer_tid, NULL, timer_thread, NULL);pthread_join(timer_tid, NULL);for (int i 0; i WORKER_COUNT; i) {pthread_join(workers[i].thread, NULL);mq_close(workers[i].mqd);}mq_unlink(QUEUE_NAME);return 0; } 还有一些定时器数据结构设计方法参考之前另一篇定时器文章《定时器实现》。