ucgui timer实现分析

定时器属于基本的的基础组件，不管用户空间的程序开发，还是内核空间的程序开发，很多时候都需要有定时器作为基础组件的支持，但使用场景的不同，对定时器的实现考虑也不同。现在主要讨论UCGUI的Timer实现，以及与LINUX Timer的比较。

LINUX Timer的实现有基于链表和信号实现定时器、基于排序链表的定时器、基于文件描述符的定时器、基于时间轮 (Timing-Wheel) 方式实现的定时器，而UCGUI是基于链表实现定时器。

首先，看LINUX基于链表和信号实现定时器是怎么实现的。

在 2.4 的内核中，并没有提供 POSIX timer ［ 2 ］的支持，要在进程环境中支持多个定时器，只能自己来实现，好在 Linux 提供了 setitimer(2) 的接口。它是一个具有间隔功能的定时器 (interval timer)，但如果想在进程环境中支持多个计时器，不得不自己来管理所有的计时器。 setitimer(2) 的定义如下：

清单 1. setitimer 的原型

#include <sys/time.h>                         int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value,struct itimerval *old_value);

 

setitimer 能够在 Timer 到期之后，自动再次启动自己，因此，用它来解决 Single-Shot Timer 和 Repeating Timer 的问题显得很简单。该函数可以工作于 3 种模式：

ITIMER_REAL 以实时时间 (real time) 递减，在到期之后发送 SIGALRM 信号

ITIMER_VIRTUAL 仅进程在用户空间执行时递减，在到期之后发送 SIGVTALRM 信号

ITIMER_PROF 进程在用户空间执行以及内核为该进程服务时 ( 典型如完成一个系统调用 ) 都会递减，与 ITIMER_VIRTUAL 共用时可度量该应用在内核空间和用户空间的时间消耗情况，在到期之后发送 SIGPROF 信号

定时器的值由下面的结构定义：

清单 2. setitimer 定时器的值定义

struct itimerval {                         struct timeval it_interval; /* next value */                         struct timeval it_value;     /* current value */                         };                         struct timeval {                         long tv_sec;                /* seconds */                         long tv_usec;               /* microseconds */                         };

 

setitimer() 以 new_value 设置特定的定时器，如果 old_value 非空，则它返回 which 类型时间间隔定时器的前一个值。定时器从 it_value 递减到零，然后产生一个信号，并重新设置为 it_interval，如果此时 it_interval 为零，则该定时器停止。任何时候，只要 it_value 设置为零，该定时器就会停止。

由于 setitimer() 不支持在同一进程中同时使用多次以支持多个定时器，因此，如果需要同时支持多个定时实例的话，需要由实现者来管理所有的实例。用 setitimer() 和链表，可以构造一个在进程环境下支持多个定时器实例的 Timer，在一般的实现中的 PerTickBookkeeping 时，会递增每个定时器的 elapse 值，直到该值递增到最初设定的 interval 则表示定时器到期。

基于链表实现的定时器可以定义为：

清单 3. 基于链表的定时器定义

typedef int timer_id; /** * The type of callback function to be called by timer scheduler when a timer * has expired. * * @param id                The timer id. * @param user_data        The user data. * $param len               The length of user data. */ typedef int timer_expiry(timer_id id, void *user_data, int len); /** * The type of the timer */ struct timer {    LIST_ENTRY(timer) entries;/**< list entry               */    timer_id id;                /**< timer id                  */    int interval;               /**< timer interval(second) */ int elapse;                 /**< 0 -> interval             */    timer_expiry *cb;          /**< call if expiry            */    void *user_data;           /**< callback arg               */    int len;                        /**< user_data length          */  };

 

定时器的时间间隔以 interval 表示，而 elapse 则在 PerTickBookkeeping() 时递增，直到 interval 表示定时器中止，此时调用回调函数 cb 来执行相关的行为，而 user_data 和 len 为用户可以传递给回调函数的参数。

所有的定时器实例以链表来管理：

清单 4. 定时器链表

/**  * The timer list  */  struct timer_list {     LIST_HEAD(listheader, timer) header;  /**< list header         */     int num;                              /**< timer entry number */     int max_num;                          /**< max entry number    */     void (*old_sigfunc)(int);       /**< save previous signal handler */     void (*new_sigfunc)(int);      /**< our signal handler          */     struct itimerval ovalue;            /**< old timer value */     struct itimerval value;       /**< our internal timer value */   };

 

这里关于链表的实现使用了 BSD 风格关于链表的一组宏，避免了再造轮子；该结构中，old_sigfunc 在 init_timer 初始定时器链表时候用来保存系统对 SIGALRM 的处理函数，在定时器系统 destory 时用来恢复到之前的处理函数； ovalue 的用途与此类似。

清单 5. 定时器链表的创建和 Destroy

/**  * Create a timer list.  * * @param count  The maximum number of timer entries to be supported initially.  *  * @return        0 means ok, the other means fail.  */  int init_timer(int count)  {      int ret = 0;      if(count <=0 || count > MAX_TIMER_NUM) {      printf("the timer max number MUST less than %d./n", MAX_TIMER_NUM);       return -1;       }      memset(&timer_list, 0, sizeof(struct timer_list));      LIST_INIT(&timer_list.header);      timer_list.max_num = count;  /* Register our internal signal handler and store old signal handler */      if ((timer_list.old_sigfunc = signal(SIGALRM, sig_func)) == SIG_ERR) {         return -1;  } timer_list.new_sigfunc = sig_func; /*Setting our interval timer for driver our mutil-timer and store old timer value*/ timer_list.value.it_value.tv_sec = TIMER_START; timer_list.value.it_value.tv_usec = 0; timer_list.value.it_interval.tv_sec = TIMER_TICK; timer_list.value.it_interval.tv_usec = 0; ret = setitimer(ITIMER_REAL, &timer_list.value, &timer_list.ovalue); return ret; } /**  * Destroy the timer list.  *  * @return          0 means ok, the other means fail.  */  int destroy_timer(void) {     struct timer *node = NULL; if ((signal(SIGALRM, timer_list.old_sigfunc)) == SIG_ERR) {        return -1;     } if((setitimer(ITIMER_REAL, &timer_list.ovalue, &timer_list.value)) < 0) {    return -1; } while (!LIST_EMPTY(&timer_list.header)) {     /* Delete. */      node = LIST_FIRST(&timer_list.header);      LIST_REMOVE(node, entries);      /* Free node */      printf("Remove id %d/n", node->id);      free(node->user_data);      free(node); } memset(&timer_list, 0, sizeof(struct timer_list));    return 0; }

 

添加定时器的动作非常的简单，本质只是一个链表的插入而已：

清单 6. 向定时器链表中添加定时器

/**                         * Add a timer to timer list.                         *                         * @param interval  The timer interval(second).                         * @param cb      When cb!= NULL and timer expiry, call it.                         * @param user_data Callback's param.                         * @param len              The length of the user_data.                         *                         * @return          The timer ID, if == INVALID_TIMER_ID, add timer fail.                         */                         timer_id  add_timer(int interval, timer_expiry *cb, void *user_data, int len)                         {                         struct timer *node = NULL;                         if (cb == NULL || interval <= 0) {                         return INVALID_TIMER_ID;                         }                         if(timer_list.num < timer_list.max_num) {                         timer_list.num++;                         } else {                         return INVALID_TIMER_ID;                         }                         if((node = malloc(sizeof(struct timer))) == NULL) {                         return INVALID_TIMER_ID;                         }                         if(user_data != NULL || len != 0) {                         node->user_data = malloc(len);                         memcpy(node->user_data, user_data, len);                         node->len = len;                         }                         node->cb = cb;                         node->interval = interval;                         node->elapse = 0;                         node->id = timer_list.num;                         LIST_INSERT_HEAD(&timer_list.header, node, entries);                         return node->id;                         }

 

注册的信号处理函数则用来驱动定时器系统：

清单 7. 信号处理函数驱动定时器

/* Tick Bookkeeping */ static void sig_func(int signo) {  struct timer *node = timer_list.header.lh_first;  for ( ; node != NULL; node = node->entries.le_next) {      node->elapse++;      if(node->elapse >= node->interval) {            node->elapse = 0;            node->cb(node->id, node->user_data, node->len);       }  } }

 

它主要是在每次收到 SIGALRM 信号时，执行定时器链表中的每个定时器 elapse 的自增操作，并与 interval 相比较，如果相等，代表注册的定时器已经超时，这时则调用注册的回调函数。

上面的实现，有很多可以优化的地方：考虑另外一种思路，在定时器系统内部将维护的相对 interval 转换成绝对时间，这样，在每 PerTickBookkeeping 时，只需将当前时间与定时器的绝对时间相比较，就可以知道是否该定时器是否到期。这种方法，把递增操作变为了比较操作。并且上面的实现方式，效率也不高，在执行 StartTimer，StopTimer，PerTickBookkeeping 时，算法复杂度分别为 O(1)，O(n)，O(n)，可以对上面的实现做一个简单的改进，在 StartTimer 时，即在添加 Timer 实例时，对链表进行排序，这样的改进，可以使得在执行 StartTimer，StopTimer，PerTickBookkeeping 时，算法复杂度分别为 O(n)，O(1)，O(1) 。

   UCGUI同样是基于链表实现，但不同的是它不处于操作系统层面，所以，其回调函数，不是只由信号来实现。

   首先，看看UCGUI的结构，跟LINUX一样，同样是有个链表结构来记录多个timer。

typedef struct {

  GUI_TIMER_CALLBACK* cb;

  GUI_TIMER_Handle hNext;

  int Flags;

         U32 Context;

         GUI_TIMER_TIME t0;

         GUI_TIMER_TIME Period;

} GUI_TIMER_Obj;

Cb为timer的callback function。Hnext则衔接各个timer，flags为标识，Context为上下文环境，相当于timer id

Link函数利用头插法，LINK起timer

最后，通过消息循环回调GUI_TIMER_Exec(void)函数