原创 多线程中定时器的使用

                                                                                                                ——华清远见 曹忠明

         不管是在进程还是线程，很多时候我们都会使用一些定时器之类的功能，这里就定时器在多线程的使用说一下。首先在linux编程中定时器函数有alarm()和setitimer(),alarm()可以提供一个基于秒的定时功能，而setitimer可以提供一个基于微妙的定时功能。

         alarm()原型：

         #include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

这个函数在使用上很简单，第一次调用这个函数的时候是设置定时器的初值，下一次调用是重新设置这个值，并会返回上一次定时的剩余时间。

          setitimer()原型：

#include <sys/time.h>

int setitimer(int which, const struct itimerval *value,

                     struct itimerval *ovalue);

这个函数使用起来稍微有点说法，首先是第一个参数which的值，这个参数设置timer的计时策略，which有三种状态分别是：

ITIMER_REAL:使用系统时间来计数，时间为0时发出SIGALRM信号，这种定时能够得到一个精准的定时，当然这个定时是相对的，因为到了微秒级别我们的处理器本身就不够精确。

ITIMER_VIRTUAL:使用进程时间也就是进程分配到的时间片的时间来计数，时间为0是发出SIGVTALRM信号，这种定时显然不够准确，因为系统给进程分配时间片不由我们控制。

ITIMER_PROF:上面两种情况都能够触发

第二个参数参数value涉及到两个结构体：

struct itimerval {

       struct timeval it_interval;                  /* next value */

       struct timeval it_value;                   /* current value */

 };

struct timeval {

       long tv_sec;                        /* seconds */

       long tv_usec;                       /* microseconds */

};

在结构体itimerval中it_value是定时器当前的值，it_interval是当it_value的为0后重新填充的值。而timeval结构体中的两个变量就简单了一个是秒一个是微秒。

上面是这两个定时函数的说明，这个函数使用本不是很难，可以说是很简单，但是碰到具体的应用的时候可能就遇到问题了，在多进程编程中使用一般不会碰到什么问题，这里说的这些问题主要体现在多线程编程中。比如下面这个程序

#include <pthread.h>

#include <signal.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/time.h>

void sig_handler(int signo)

{

          alarm(2);

          printf("alarm signal\n");

}

void *pthread_func()

{

          alarm(2);

          while(1)

          {

                   pause();

          }

}

int main(int argc, char **argv)

{

          pthread_t tid;

          int retval;

          signal(SIGALRM, sig_handler);

          if((retval = pthread_create(&tid, NULL, pthread_func, NULL)) < 0)

          {

                   perror("pthread_create");

                   exit(-1);

          }

          while(1)

          {

                   printf("main thread\n");

                   sleep(10);

          }

          return 0;

}

这个程序的理想结果是：

main thread

alarm signal

alarm signal

alarm signal

alarm signal

alarm signal

main thread

可事实上并不是这样的，它的结果是：

main pthread

alarm signal

main pthread

alarm signal

main pthread

为什么会出现这种情况呢？是因为发送给工作线程的信号中断的主线程的sleep，并且这个中情况只影响主线程而不会影响到其他的工作线程。我们怎么才能解决这种问题呢，最简单的方法是修改这个程序，修改这个线程主线程使用alarm，工作线程使用sleep。这样就能够达到我们的要求，但是有时候有不能简单的这样操作。所以我们就需要进一步的修改我们的程序。在这里我第一个想到的是使用signal(SIGALRM, SIG_IGN),可是这个是设置整个进程对这个信号的响应方式，经过测试也确实不能完成我期望的功能，那么怎么办呢?有这样一个函数pthread_sigmask，线程中的信号屏蔽，函数的原型及相关函数为：

#include <signal.h>

int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *restrict set, sigset_t *restrict oset);

函数中第一个参数how有三个值SIG_BLOCK、SIG_SETMASK和SIG_UNBLOCK这里我们是用第二个值SIG_SETMASK

int sigemptyset(sigset_t *set);         /*清除信号集合set*/

int sigaddset(sigset_t *set, int signum); /*添加信号signum到信号集set中*/

然后我们改造我们的程序为：

#include <pthread.h>

#include <signal.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/time.h>

void sig_handler(int signo)

{

          alarm(2);

          printf("alarm signal\n");

}

void *pthread_func()

{

          alarm(2);

          while(1)

          {

                   pause();

          }

}

int main(int argc, char **argv)

{

          pthread_t tid, tid_1;

          int retval;

          signal(SIGALRM, sig_handler);

          if((retval = pthread_create(&tid, NULL, pthread_func, NULL)) < 0)

          {

                   perror("pthread_create");

                   exit(-1);

          }

          sigset_t sigset;

          sigemptyset(&sigset);

          sigaddset(&sigset, SIGALRM);

          pthread_sigmask(SIG_SETMASK,&sigset,NULL);

          while(1)

          {

                   printf("main pthread\n");

                   sleep(10);

          }

          return 0;

}

这个时候我们就能够看到我们想要的结果了。

这里再附一个setitimer的使用范例

#include <pthread.h>

#include <signal.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/time.h>

struct itimerval timerval;

void sig_handler(int signo)

{

          printf("alarm signal\n");

}

void *pthread_func()

{

          setitimer(ITIMER_REAL, &timerval, NULL);

          while(1)

          {

                   pause();

          }

}

int main(int argc, char **argv)

{

          pthread_t tid;

          int retval;

          timerval.it_interval.tv_sec = 2;

          timerval.it_interval.tv_usec = 0;

          timerval.it_value.tv_sec = 2;

          timerval.it_value.tv_usec = 0;

          signal(SIGALRM, sig_handler);

          if((retval = pthread_create(&tid, NULL, pthread_func, NULL)) < 0)

          {

                   perror("pthread_create");

                   exit(-1);

          }

          sigset_t sigset;

          sigemptyset(&sigset);

          sigaddset(&sigset, SIGALRM);

          pthread_sigmask(SIG_SETMASK,&sigset,NULL);

          while(1)

          {

                   printf("main thread\n");

                   sleep(5);

          }

          return 0;

}

个人的一些理解，有问题希望和大家交流！