在 Linux 上创建定时器

对于开发者来说，定时处理某些事件是一项常见的任务。定时器的常见应用场景包括看门狗、任务的循环执行或在特定时间调度事件。在本文中，我将展示如何使用 timer_create(...) 创建一个符合 POSIX 标准的间隔定时器。

您可以从 GitHub 下载以下示例的源代码。

准备 Qt Creator

在此示例中，我使用 Qt Creator 作为 IDE。要在 Qt Creator 中运行和调试示例代码，请克隆 GitHub 仓库，打开 Qt Creator，然后转到 文件 -> 打开文件或项目... 并选择 CMakeLists.txt

图片来源：

^{在 Qt Creator 中打开项目 (CC-BY-SA 4.0)}

选择工具链后，单击 配置项目。该项目包含三个独立的示例（本文中我们仅介绍其中两个）。使用绿色标记的菜单，在每个示例的配置之间切换，并为每个示例激活 在终端中运行（参见下方黄色标记）。当前用于构建和调试的活动示例可以通过左下角的调试按钮选择（参见下方橙色标记）。

图片来源：

^{项目配置 (CC-BY-SA 4.0)}

线程定时器

让我们看一下 simple_threading_timer.c 示例。这是最简单的示例：它展示了如何创建一个间隔定时器，该定时器在到期时调用函数 expired。每次到期时，都会创建一个新线程，并在其中调用函数 expiration。

#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 specifies behaviour on expiration  */
    struct sigevent sev = { 0 };

    /* specify start delay and interval
     * it_value and it_interval must not be zero */

    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 = &expired;
    sev.sigev_value.sival_ptr = &eventData;


    /* create timer */
    res = timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timerId);


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

    /* start timer */
    res = timer_settime(timerId, 0, &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());
}

这种方法的优点是代码量小，调试简单。缺点是由于每次到期时都创建新线程而产生的额外开销，以及由此导致的较差的确定性行为。

中断信号定时器

另一种在定时器到期时收到通知的可能性是基于内核信号。内核不会在每次定时器到期时都创建一个新线程，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。

由于接收到信号时的默认操作是终止进程（请参阅 signal 手册页），我们必须提前准备好 Qt Creator，以便能够正确地进行调试。

当被调试程序接收到信号时，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。

这两个操作都不是我们想要的，因为接收信号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，请转到工具 -> 选项，选择 调试器，然后导航到 局部变量和表达式。将以下表达式添加到 调试助手自定义

handle SIG34 nostop pass

图片来源：

^{Sig 34 no stop with error (CC-BY-SA 4.0)}

您可以在 GDB 文档中找到有关 GDB 信号处理的更多信息。

接下来，我们希望在我们停在信号处理程序中时，禁止每次收到信号时都弹出的通知窗口

图片来源：

^{信号 34 弹出框 (CC-BY-SA 4.0)}

为此，请导航到 GDB 选项卡并取消选中标记的复选框

图片来源：

^{定时器信号窗口 (CC-BY-SA 4.0)}

现在您可以正确调试 signal_interrupt_timer。信号定时器的实际实现要复杂一些

#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 };

    /* specifies the action when receiving a signal */
    struct sigaction sa = { 0 };

    /* specify start delay and interval */
    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 = &eventData;

    /* create timer */
    res = timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timerId);

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

    /* specifz signal and handler */
    sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
    sa.sa_sigaction = handler;

    /* Initialize signal */
    sigemptyset(&sa.sa_mask);

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

    /* Register signal handler */
    if (sigaction(SIGRTMIN, &sa, NULL) == -1){
        fprintf(stderr, "Error sigaction: %s\n", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    /* start timer */
    res = timer_settime(timerId, 0, &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信号处理程序。这种方法性能更高，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具确定性。缺点显然是需要额外的配置工作才能正确调试。