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
",
    			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