Linux 时间与定时器

背景

在学习 Linux 信号有关知识中，提到了 alarm函数。

进程时间

（原文地址：https://www.cnblogs.com/clover-toeic/p/3845210.html）

进程时间也称CPU时间，用以度量进程使用的中央处理器资源。进程时间以时钟滴嗒计算，通常使用三个进程时间值，即实际时间(Real)、用户CPU时间(User)和系统CPU时间(Sys)。

实际时间指实际流逝的时间；用户时间和系统时间指特定进程使用的CPU时间。

具体区别如下：

Real是从进程开始执行到完成所经历的挂钟(wall clock)时间，包括其他进程使用的时间片(time slice)和本进程耗费在阻塞(如等待I/O操作完成)上的时间。该时间对应秒表(stopwatch)直接测量。
User是进程执行用户态代码(内核外)耗费的CPU时间，仅统计该进程执行时实际使用的CPU时间，而不计入其他进程使用的时间片和本进程阻塞的时间。
Sys是该进程在内核态运行所耗费的CPU时间，即内核执行系统调用所使用的CPU时间。

CPU总时间(User+Sys)是CPU执行用户进程操作和内核(代表用户进程执行)系统调用所耗时间的总和，即该进程(包括其线程和子进程)所使用的实际CPU时间。

若程序循环遍历数组，则增加用户CPU时间；若程序执行exec或fork等系统调用，则增加系统CPU时间。

在多核处理器机器上，若进程含有多个线程或通过fork调用创建子进程，则实际时间可能小于CPU总时间——因为不同线程或进程可并行执行，但其时间会计入主进程的CPU总时间。若程序在某段时间处于等待状态而并未执行，则实际时间可能大于CPU总时间。其数值关系总结如下：

Real < CPU，表明进程为计算密集型(CPU bound)，利用多核处理器的并行执行优势；
Real ≈ CPU，表明进程为计算密集型(CPU bound)，未并行执行；
Real > CPU，表明进程为I/O密集型(I/O bound)，多核并行执行优势并不明显。

在单核处理器上，Real时间和CPU时间之差，即Real- (User + Sys)是所有延迟程序执行的因素的总和。可估算程序运行期间的CPU利用率为CpuUsage = (User + Sys)/ Real * 100(%)。

在SMP(对称多处理系统)上，该差值近似为Real* ProcessorNum - (User + Sys)。这些因素包括：

调入程序文本和数据的I/O操作；
获取程序实际使用内存的I/O操作；
由其它程序消耗的CPU用时；
由操作系统消耗的CPU用时

有关函数

#include <sys/time.h>

int getitimer(int which, struct itimerval *curr_value);

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

              struct itimerval *old_value);

setitimer

参数：

which：哪一个定时器，系统为每个进程提供了3个定时器：

ITIMER_REAL ：以系统真实的时间来计算（自然时间），它送出SIGALRM信号。默认动作：终止
ITIMER_VIRTUAL ：以该进程在用户态下花费的时间来计算（虚拟空间计时），它送出SIGVTALRM信号。默认动作：终止
ITIMER_PROF ：以该进程在用户态下和内核态下所费的时间来计算（运行时计时）。它送出SIGPROF信号。默认动作：终止

new_value:设置定时时间和重复的时间间隔，it_interval和it_value的值为0表示禁止对应功能。

old_value:它是用来存储上一次setitimer调用时设置的new_value值，不使用它是可设置为NULL。

其中的结构体：

struct itimerval {

    struct timeval it_interval; /* next value */

    struct timeval it_value;    /* current value */

};

struct timeval {

    time_t      tv_sec;         /* seconds */

    suseconds_t tv_usec;        /* microseconds */

};

在itimerval结构中，it_value指定该定时器产生第一个信号的剩余时间，即多久后产生相应的信号。如果为0，表示禁止该定时器，it_interval用来存储该定时器下一个信号到来的间隔时间。

工作机制是：

1）先对it_value倒计时，当it_value为零时触发信号。

2）然后重置为it_interval。继续对it_value倒计时。

3）一直这样循环下去。

假如it_value为0是不会触发信号的，所以要能触发信号，it_value得大于0；假设it_interval为零，仅仅会延时。不会定时（也就是说仅仅会触发一次信号)。基于此机制，setitimer既能够用来延时运行，也可定时运行。

getitimer()函数：

getitimer()用来获取3个定时器中的某个的相关信息，存储在第二个参数中，存储的是剩余时间，不是设置时的定时时间。

用setitimer()和getitimer()测试ITIMER_REAL定时器：

    #include<stdio.h>

    #include<stdlib.h>

    #include<sys/time.h>

    #include<signal.h>

    int main(void)

    {

    	struct itimerval setvalue,value;

    	setvalue.it_interval.tv_sec=1;

    	setvalue.it_interval.tv_usec=0;

    	setvalue.it_value.tv_sec=3;

    	setvalue.it_value.tv_usec=0;

    	setitimer(ITIMER_REAL,&setvalue,NULL);

    	while(1)

    	{

    		getitimer(ITIMER_REAL,&value);

    		printf("ITIMER_REAL:interval:%ds%dms,remain:%ds%dms\n",

    			value.it_interval.tv_sec,value.it_interval.tv_usec,

    			value.it_value.tv_sec,value.it_value.tv_usec);

    		sleep(1);

    	}

    }

运行输出：

book@book-desktop:~/workspace/zongde/chapter10$ ./a.out

ITIMER_REAL:interval:3s0ms,remain:2s999998ms

ITIMER_REAL:interval:3s0ms,remain:1s997688ms

ITIMER_REAL:interval:3s0ms,remain:0s991571ms

Alarm clock