第 10 章 時(shí)間管理

第10章時(shí)間管理內(nèi)容提要事件概述時(shí)間的度量睡眠定時(shí)器定時(shí)器文件10.1時(shí)間管理概述時(shí)間管理概述

時(shí)間管理作為操作系統(tǒng)的重要組成部分，無論對(duì)于內(nèi)核和應(yīng)用程序，均需利用時(shí)鐘提供各種形式的時(shí)間服務(wù)，例如，超時(shí)、睡眠和定時(shí)器等。

為了滿足在不同應(yīng)環(huán)境下，應(yīng)用程序?qū)r(shí)間的要求，Linux系統(tǒng)為用戶提供了各種形式的時(shí)間服務(wù)。內(nèi)容包括：1.系統(tǒng)時(shí)間和進(jìn)程時(shí)間2.睡眠(延遲執(zhí)行)3.定時(shí)器應(yīng)用編程接口分類API功能描述時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間time/stime獲取/設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間gettimeofday/settimeofday獲取/設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間和時(shí)區(qū)clock_getres獲取時(shí)鐘精度clock_gettime/clock_settime獲取/設(shè)置時(shí)鐘進(jìn)程時(shí)間times獲取進(jìn)程時(shí)間時(shí)間格式轉(zhuǎn)換localtime日歷型轉(zhuǎn)換為分解型strftime分解型轉(zhuǎn)換為可打印格式延遲/睡眠sleep低分辨率睡眠nanosleep/clock_nanosleep高分辨率睡眠alarm設(shè)置鬧鐘定時(shí)器定時(shí)器getitimer/setitimer獲得/設(shè)置定時(shí)器POSIX定時(shí)器timer_create創(chuàng)建POSIX定時(shí)器timer_gettime/timer_settime獲取/設(shè)置POSIX定時(shí)器timer_delete刪除POSIX定時(shí)器文件通知定時(shí)器timerfd_create創(chuàng)建定時(shí)器文件timerfd_gettime獲取定時(shí)器的當(dāng)前狀態(tài)timerfd_settime設(shè)置定時(shí)器10.2時(shí)間的度量系統(tǒng)時(shí)鐘1.硬件時(shí)鐘

硬件時(shí)鐘有時(shí)也稱為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，依靠電池供電，它是軟件時(shí)鐘的基礎(chǔ)。2.軟件時(shí)鐘軟件時(shí)鐘提供一種周期性觸發(fā)中斷機(jī)制，用于度量流逝的時(shí)間。時(shí)鐘中斷的頻率通常為100HZ，每秒產(chǎn)生100次，每隔10毫秒1次。系統(tǒng)時(shí)鐘(續(xù))3.時(shí)鐘精度軟件時(shí)鐘可滿足一般應(yīng)用要求，高精度計(jì)時(shí)器自內(nèi)核2.6.21版引入，通常，精度至少可達(dá)微秒級(jí)。4.到期延遲計(jì)時(shí)器到期事件的處理通常會(huì)延遲一段時(shí)間，時(shí)間的長(zhǎng)短取決于時(shí)鐘精度等因素，高精度計(jì)時(shí)器能減少延遲，要達(dá)到完全準(zhǔn)確仍有一定的距離。系統(tǒng)時(shí)間和進(jìn)程時(shí)間1.系統(tǒng)時(shí)間自Epoch(1970-01-0100:00:00)至今所經(jīng)歷的時(shí)間稱為系統(tǒng)時(shí)間，單位為秒，顯示的時(shí)間與系統(tǒng)所在的時(shí)區(qū)有關(guān)。2.進(jìn)程時(shí)間進(jìn)程時(shí)間是指進(jìn)程運(yùn)行所消耗的時(shí)間，根據(jù)所在空間的不同，進(jìn)程時(shí)間可進(jìn)一步劃分為用戶時(shí)間和內(nèi)核時(shí)間。進(jìn)程在用戶態(tài)消耗的時(shí)間稱為用戶時(shí)間，在內(nèi)核態(tài)消耗的時(shí)間則稱為系統(tǒng)時(shí)間。獲取/設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間

頭文件

#include<time.h>函數(shù)原型

time_t

time(time_t*tloc);

int

stime(const

time_t*tloc);功能 獲取/設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間。參數(shù)

tloc:系統(tǒng)時(shí)間。返回值

time函數(shù)成功返回系統(tǒng)時(shí)間，失敗返回-1。

stime函數(shù)成功返回0，失敗返回-1。獲取/設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間和市區(qū)頭文件

#include<sys/time.h>函數(shù)原型

int

gettimeofday(struct

timeval*tv,struct

timezone*tz);

int

settimeofday(const

struct

timeval*tv,conststruct

timezone*tz);功能 獲取/設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間和時(shí)區(qū)。參數(shù)

tv:系統(tǒng)時(shí)間。

tz:時(shí)區(qū)。返回值 成功返回0，失敗返回-1。時(shí)間類型的轉(zhuǎn)換1.日歷日歷記錄自1970年1月1日零時(shí)至今的秒數(shù)。2.分解時(shí)間

分解時(shí)間類型是將時(shí)間拆分成若干細(xì)小部分，便于用戶提取，其格式如下所示。structtm{

int

tm_sec;//秒

int

tm_min;//分

int

tm_hour;//時(shí)

int

tm_mday;//日

int

tm_mon;//月

int

tm_year;//年

int

tm_wday;//星期幾,0表示星期天

int

tm_yday;//一年中的第幾天

int

tm_isdst;//夏令時(shí)標(biāo)識(shí)，0為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，大于0為夏令時(shí)};3.打印格式

時(shí)間的打印格式是指以NULL結(jié)尾的字符串，例如，"WedJun3021:49:081993"。時(shí)間類型頭文件

#include<time.h>函數(shù)原型

structtm*localtime(const

time_t*timep);

size_t

strftime(char*s,size_tmax,constchar*format,const

structtm*tm);功能 時(shí)間格式轉(zhuǎn)換。參數(shù)

timep:日歷時(shí)間。

s:可打印時(shí)間地址。

max:最大字節(jié)數(shù)。

format:時(shí)間格式。

tm:分解時(shí)間。返回值

localtime函數(shù)返回分解型時(shí)間。

strftime函數(shù)返回字符串長(zhǎng)度。時(shí)間類型的轉(zhuǎn)換頭文件

#include<time.h>函數(shù)原型

structtm*localtime(const

time_t*timep);

size_t

strftime(char*s,size_tmax,constchar*format,const

structtm*tm);功能 時(shí)間格式轉(zhuǎn)換。參數(shù)

timep:日歷時(shí)間。

s:可打印時(shí)間地址。

max:最大字節(jié)數(shù)。

format:時(shí)間格式。

tm:分解時(shí)間。返回值

localtime函數(shù)返回分解型時(shí)間。

10.3睡眠延遲執(zhí)行

進(jìn)程有時(shí)需要掛起一段時(shí)間后繼續(xù)運(yùn)行，為此，Linux提供了兩種面向不同精度的延遲，它們分別為低分辨率和高分辨率延遲。低精度延遲sleep函數(shù)頭文件

#include<unistd.h>函數(shù)原型

unsignedint

sleep(unsigned

intseconds);功能 睡眠一段時(shí)間。參數(shù)

seconds:睡眠時(shí)間(秒)。返回值 若被信號(hào)中斷，則返回剩余時(shí)間，否則返回0。高精度延遲nanosleep函數(shù)頭文件

#include<time.h>函數(shù)原型

int

nanosleep(const

struct

timespec*req,struct

timespec*rem);功能 睡眠一段時(shí)間。參數(shù)

req:請(qǐng)求睡眠時(shí)間。

rem:剩余時(shí)間。返回值 成功返回0，失敗返回-1。高精度延遲(續(xù))3.clock_nanosleep函數(shù)頭文件

#include<time.h>函數(shù)原型

int

clock_nanosleep(clockid_t

clock_id,int

flags,const

struct

timespec*request,struct

timespec*remain);功能 睡眠一段時(shí)間。參數(shù)

clock_id:時(shí)間度量方式。

flags:時(shí)間的參照坐標(biāo)。

request:請(qǐng)求睡眠時(shí)間。

remain:剩余時(shí)間。返回值 成功返回0，失敗返回-1。鬧鐘alarm函數(shù)頭文件

#include<unistd.h>函數(shù)原型

unsignedint

alarm(unsigned

intseconds);功能 設(shè)置鬧鐘。參數(shù)

seconds:到期時(shí)間。返回值10.4定時(shí)器內(nèi)容提要定時(shí)器概述傳統(tǒng)的定時(shí)器POSIX定時(shí)器定時(shí)器概述

定時(shí)器有時(shí)也稱為間隔定時(shí)器或間隔計(jì)時(shí)器，它是一種按固定時(shí)間間隔產(chǎn)生到期事件的計(jì)時(shí)方式，到期事件通常以信號(hào)的形式通知使用者。與alarm函數(shù)僅產(chǎn)生一次到期事件不同，定時(shí)器可連續(xù)產(chǎn)生到期事件。

Linux內(nèi)核提供了兩種定時(shí)器，一種是傳統(tǒng)Unix使用的定時(shí)器，另一種是POSIX定時(shí)器。時(shí)間度量的方式1.真實(shí)時(shí)間真實(shí)時(shí)間是指系統(tǒng)真正流失的時(shí)間，無論進(jìn)程處于何種狀態(tài)，所有狀態(tài)的時(shí)間都計(jì)算在內(nèi)。2.虛擬時(shí)間虛擬時(shí)間是指進(jìn)程處于用戶態(tài)時(shí)間段之和。3.實(shí)用時(shí)間實(shí)用時(shí)間是指進(jìn)程占有CPU的時(shí)間段之和，即用戶時(shí)間與內(nèi)核時(shí)間之和。時(shí)間度量的方式t6用戶態(tài)：執(zhí)行用戶指令+=真實(shí)時(shí)間內(nèi)核態(tài):執(zhí)行內(nèi)核指令+睡眠:等待被重新調(diào)度+=實(shí)用時(shí)間時(shí)間t1t4t7t2t5t8t3t9用戶態(tài)核心態(tài)休眠態(tài)傳統(tǒng)定時(shí)器getitimer/setitimer函數(shù)頭文件

#include<sys/time.h>函數(shù)原型

int

getitimer(intwhich,struct

itimerval*curr_value);

int

setitimer(intwhich,conststruct

itimerval*new_value,struct

itimerval*old_value);功能 獲取/設(shè)置定時(shí)器。參數(shù)

which:計(jì)時(shí)器類型。

curr_value:指向當(dāng)前間隔時(shí)間。

new_value:指向新間隔時(shí)間。

old_value:指向原間隔時(shí)間。返回值 成功返回0，否則返回?1。傳統(tǒng)定時(shí)器(續(xù))

struct

itimerval{

struct

timeval

it_interval; //間隔時(shí)間

struct

timeval

it_value; //首次到期時(shí)間，若為9，定時(shí)器禁止

};struct

timeval{longtv_sec; //秒

longtv_usec; //微妙};參數(shù)which含義ITIMER_REAL面向真實(shí)時(shí)間的定時(shí)器，若間隔時(shí)間到期，產(chǎn)生SIGALRM信號(hào)ITIMER_VIRTUAL面向虛擬時(shí)間的定時(shí)器，若間隔時(shí)間到期，產(chǎn)生SIGVTALRM信號(hào)ITIMER_PROF面向?qū)嵱脮r(shí)間的定時(shí)器，若間隔時(shí)間到期，產(chǎn)生SIGPRT信號(hào)POSIX定時(shí)器

由于傳統(tǒng)定時(shí)器僅支持標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，每類定時(shí)器僅能在進(jìn)程中創(chuàng)建一個(gè)，加之支持的精度較低，為此，POSIX定義了功能更強(qiáng)精度更高的定時(shí)器，可支持實(shí)時(shí)信號(hào)，時(shí)間精度可達(dá)納秒級(jí)。創(chuàng)建/刪除POSIX定時(shí)器1.timer_create/timer_delete函數(shù)頭文件

#include<signal.h> #include<time.h>函數(shù)原型

int

timer_create(clockid_t

clockid,struct

sigevent*sevp,timer_t*timerid);

int

timer_delete(timer_t

timerid);功能 創(chuàng)建/刪除POSIX定時(shí)器。參數(shù)

clockid:定時(shí)器類型。

sevp:到期通知方式。

timerid:定時(shí)器ID。返回值 成功返回0，失敗返回-1。創(chuàng)建/刪除POSIX定時(shí)器(續(xù))struct

sigevent{

int

sigev_notify;//通知方式

int

sigev_signo;//通知信號(hào)

unionsigval

sigev_value;//傳遞的數(shù)據(jù)

void(*sigev_notify_function)(unionsigval);//線程運(yùn)行函數(shù)

void*sigev_notify_attributes;//通知線程屬性

pid_t

sigev_notify_thread_id;//線程ID};sigev_notify成員變量含義SIGEV_NONE不通知SIGEV_SIGNAL以信號(hào)方式通知SIGEV_THREAD創(chuàng)建線程實(shí)例獲取/設(shè)置POSIX定時(shí)器2.timer_gettime/timer_gettime函數(shù)頭文件

#include<time.h>函數(shù)原型

int

timer_gettime(timer_t

timerid,struct

itimerspec*curr_value);

int

timer_settime(timer_t

timerid,int

flags,const

struct

itimerspec*new_value,struct

itimerspec*old_value);功能 獲取/設(shè)置POSIX定時(shí)器。參數(shù)

timerid:POSIX定時(shí)器ID。

curr_value:指向當(dāng)前間隔時(shí)間。

flags:首次到期時(shí)間的參照坐標(biāo)。

new_value:指向新間隔時(shí)間。

old_value:指向原間隔時(shí)間。返回值 成功返回0，失敗返回-1。struct

itimerspec{

struct

timespec

it_interval;//間隔時(shí)間

struct

timespec

it_value;//首次到期時(shí)間};10.5定時(shí)期文件定時(shí)器文件概述

Linux將定時(shí)器產(chǎn)生的間隔到期事件看做字節(jié)流，將定時(shí)器抽象為文件。Linux自內(nèi)核2.6起引入定時(shí)器文件。

創(chuàng)建定時(shí)器文件1.timerfd_create函數(shù)頭文件

#include<sys/timerfd.h>函數(shù)原型

int

timerfd_create(int

clockid,intflags);功能 創(chuàng)建定時(shí)器文件。參數(shù)

clockid:定時(shí)器類型。

flags:操作方式。返回值 成功返回文件描述符，失敗返回-1。實(shí)例分析int

main(int

argc,char*ar