第 10 章 时间管理

第10章时间管理内容提要事件概述时间的度量睡眠定时器定时器文件10.1时间管理概述时间管理概述

时间管理作为操作系统的重要组成部分，无论对于内核和应用程序，均需利用时钟提供各种形式的时间服务，例如，超时、睡眠和定时器等。

为了满足在不同应环境下，应用程序对时间的要求，Linux系统为用户提供了各种形式的时间服务。内容包括：1.系统时间和进程时间2.睡眠(延迟执行)3.定时器应用编程接口分类API功能描述时间系统时间time/stime获取/设置系统时间gettimeofday/settimeofday获取/设置系统时间和时区clock_getres获取时钟精度clock_gettime/clock_settime获取/设置时钟进程时间times获取进程时间时间格式转换localtime日历型转换为分解型strftime分解型转换为可打印格式延迟/睡眠sleep低分辨率睡眠nanosleep/clock_nanosleep高分辨率睡眠alarm设置闹钟定时器定时器getitimer/setitimer获得/设置定时器POSIX定时器timer_create创建POSIX定时器timer_gettime/timer_settime获取/设置POSIX定时器timer_delete删除POSIX定时器文件通知定时器timerfd_create创建定时器文件timerfd_gettime获取定时器的当前状态timerfd_settime设置定时器10.2时间的度量系统时钟1.硬件时钟

硬件时钟有时也称为实时时钟，依靠电池供电，它是软件时钟的基础。2.软件时钟软件时钟提供一种周期性触发中断机制，用于度量流逝的时间。时钟中断的频率通常为100HZ，每秒产生100次，每隔10毫秒1次。系统时钟(续)3.时钟精度软件时钟可满足一般应用要求，高精度计时器自内核2.6.21版引入，通常，精度至少可达微秒级。4.到期延迟计时器到期事件的处理通常会延迟一段时间，时间的长短取决于时钟精度等因素，高精度计时器能减少延迟，要达到完全准确仍有一定的距离。系统时间和进程时间1.系统时间自Epoch(1970-01-0100:00:00)至今所经历的时间称为系统时间，单位为秒，显示的时间与系统所在的时区有关。2.进程时间进程时间是指进程运行所消耗的时间，根据所在空间的不同，进程时间可进一步划分为用户时间和内核时间。进程在用户态消耗的时间称为用户时间，在内核态消耗的时间则称为系统时间。获取/设置系统时间

头文件

#include<time.h>函数原型

time_t

time(time_t*tloc);

int

stime(const

time_t*tloc);功能 获取/设置系统时间。参数

tloc:系统时间。返回值

time函数成功返回系统时间，失败返回-1。

stime函数成功返回0，失败返回-1。获取/设置系统时间和市区头文件

#include<sys/time.h>函数原型

int

gettimeofday(struct

timeval*tv,struct

timezone*tz);

int

settimeofday(const

struct

timeval*tv,conststruct

timezone*tz);功能 获取/设置系统时间和时区。参数

tv:系统时间。

tz:时区。返回值 成功返回0，失败返回-1。时间类型的转换1.日历日历记录自1970年1月1日零时至今的秒数。2.分解时间

分解时间类型是将时间拆分成若干细小部分，便于用户提取，其格式如下所示。structtm{

int

tm_sec;//秒

int

tm_min;//分

int

tm_hour;//时

int

tm_mday;//日

int

tm_mon;//月

int

tm_year;//年

int

tm_wday;//星期几,0表示星期天

int

tm_yday;//一年中的第几天

int

tm_isdst;//夏令时标识，0为标准时，大于0为夏令时};3.打印格式

时间的打印格式是指以NULL结尾的字符串，例如，"WedJun3021:49:081993"。时间类型头文件

#include<time.h>函数原型

structtm*localtime(const

time_t*timep);

size_t

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

structtm*tm);功能 时间格式转换。参数

timep:日历时间。

s:可打印时间地址。

max:最大字节数。

format:时间格式。

tm:分解时间。返回值

localtime函数返回分解型时间。

strftime函数返回字符串长度。时间类型的转换头文件

#include<time.h>函数原型

structtm*localtime(const

time_t*timep);

size_t

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

structtm*tm);功能 时间格式转换。参数

timep:日历时间。

s:可打印时间地址。

max:最大字节数。

format:时间格式。

tm:分解时间。返回值

localtime函数返回分解型时间。

10.3睡眠延迟执行

进程有时需要挂起一段时间后继续运行，为此，Linux提供了两种面向不同精度的延迟，它们分别为低分辨率和高分辨率延迟。低精度延迟sleep函数头文件

#include<unistd.h>函数原型

unsignedint

sleep(unsigned

intseconds);功能 睡眠一段时间。参数

seconds:睡眠时间(秒)。返回值 若被信号中断，则返回剩余时间，否则返回0。高精度延迟nanosleep函数头文件

#include<time.h>函数原型

int

nanosleep(const

struct

timespec*req,struct

timespec*rem);功能 睡眠一段时间。参数

req:请求睡眠时间。

rem:剩余时间。返回值 成功返回0，失败返回-1。高精度延迟(续)3.clock_nanosleep函数头文件

#include<time.h>函数原型

int

clock_nanosleep(clockid_t

clock_id,int

flags,const

struct

timespec*request,struct

timespec*remain);功能 睡眠一段时间。参数

clock_id:时间度量方式。

flags:时间的参照坐标。

request:请求睡眠时间。

remain:剩余时间。返回值 成功返回0，失败返回-1。闹钟alarm函数头文件

#include<unistd.h>函数原型

unsignedint

alarm(unsigned

intseconds);功能 设置闹钟。参数

seconds:到期时间。返回值10.4定时器内容提要定时器概述传统的定时器POSIX定时器定时器概述

定时器有时也称为间隔定时器或间隔计时器，它是一种按固定时间间隔产生到期事件的计时方式，到期事件通常以信号的形式通知使用者。与alarm函数仅产生一次到期事件不同，定时器可连续产生到期事件。

Linux内核提供了两种定时器，一种是传统Unix使用的定时器，另一种是POSIX定时器。时间度量的方式1.真实时间真实时间是指系统真正流失的时间，无论进程处于何种状态，所有状态的时间都计算在内。2.虚拟时间虚拟时间是指进程处于用户态时间段之和。3.实用时间实用时间是指进程占有CPU的时间段之和，即用户时间与内核时间之和。时间度量的方式t6用户态：执行用户指令+=真实时间内核态:执行内核指令+睡眠:等待被重新调度+=实用时间时间t1t4t7t2t5t8t3t9用户态核心态休眠态传统定时器getitimer/setitimer函数头文件

#include<sys/time.h>函数原型

int

getitimer(intwhich,struct

itimerval*curr_value);

int

setitimer(intwhich,conststruct

itimerval*new_value,struct

itimerval*old_value);功能 获取/设置定时器。参数

which:计时器类型。

curr_value:指向当前间隔时间。

new_value:指向新间隔时间。

old_value:指向原间隔时间。返回值 成功返回0，否则返回?1。传统定时器(续)

struct

itimerval{

struct

timeval

it_interval; //间隔时间

struct

timeval

it_value; //首次到期时间，若为9，定时器禁止

};struct

timeval{longtv_sec; //秒

longtv_usec; //微妙};参数which含义ITIMER_REAL面向真实时间的定时器，若间隔时间到期，产生SIGALRM信号ITIMER_VIRTUAL面向虚拟时间的定时器，若间隔时间到期，产生SIGVTALRM信号ITIMER_PROF面向实用时间的定时器，若间隔时间到期，产生SIGPRT信号POSIX定时器

由于传统定时器仅支持标准信号，每类定时器仅能在进程中创建一个，加之支持的精度较低，为此，POSIX定义了功能更强精度更高的定时器，可支持实时信号，时间精度可达纳秒级。创建/删除POSIX定时器1.timer_create/timer_delete函数头文件

#include<signal.h> #include<time.h>函数原型

int

timer_create(clockid_t

clockid,struct

sigevent*sevp,timer_t*timerid);

int

timer_delete(timer_t

timerid);功能 创建/删除POSIX定时器。参数

clockid:定时器类型。

sevp:到期通知方式。

timerid:定时器ID。返回值 成功返回0，失败返回-1。创建/删除POSIX定时器(续)struct

sigevent{

int

sigev_notify;//通知方式

int

sigev_signo;//通知信号

unionsigval

sigev_value;//传递的数据

void(*sigev_notify_function)(unionsigval);//线程运行函数

void*sigev_notify_attributes;//通知线程属性

pid_t

sigev_notify_thread_id;//线程ID};sigev_notify成员变量含义SIGEV_NONE不通知SIGEV_SIGNAL以信号方式通知SIGEV_THREAD创建线程实例获取/设置POSIX定时器2.timer_gettime/timer_gettime函数头文件

#include<time.h>函数原型

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 获取/设置POSIX定时器。参数

timerid:POSIX定时器ID。

curr_value:指向当前间隔时间。

flags:首次到期时间的参照坐标。

new_value:指向新间隔时间。

old_value:指向原间隔时间。返回值 成功返回0，失败返回-1。struct

itimerspec{

struct

timespec

it_interval;//间隔时间

struct

timespec

it_value;//首次到期时间};10.5定时期文件定时器文件概述

Linux将定时器产生的间隔到期事件看做字节流，将定时器抽象为文件。Linux自内核2.6起引入定时器文件。

创建定时器文件1.timerfd_create函数头文件

#include<sys/timerfd.h>函数原型

int

timerfd_create(int

clockid,intflags);功能 创建定时器文件。参数

clockid:定时器类型。

flags:操作方式。返回值 成功返回文件描述符，失败返回-1。实例分析int

main(int

argc,char*ar