Linux 计时器 函数

程序注册三个定时器，分别对实际时间、进程使用CPU时间、用户使用CPU时间进行即时，计时时间为10秒。同时设定一个用户信号，当该信号在用户指定的空计次循环后到来。在用户信号到来后，打印各个计时器走过的时间值，并计算出内核所用的时间。到实际时间计时器到达10秒后产生定时器信号时，程序打印各计时器走过的时间，并退出程序。

因为需要获得定时器的时间，因此，我们需要使用setitimer和getitimer计时器。使用这两个计时器要频繁的对itimerval和timeval这两个结构体进行操作。首先，应该对这两个结构体在本实例中常用到的操作进行封装。封装的函数包括，timeval的比较，计算两个timeval的时间差，计算itimerval走过的时间（因为itimerval记录的是定时器剩余时间）。为了显示的需要，我们需要封装一个对timeval打印的函数。

之后，我们需要设计信号和信号处理函数，这里我们一共需要两个信号：SIGALRM和SIGUSR1。因为信号处理函数有一个int型参数，该参数可以用来区分信号。考虑到，两个信号到来以后都需要进行时间计算。因此可以考虑将两个信号写成一个函数，通过参数识别，在不同的位置进行不同的处理。

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

/* 函数声明 */
/* 信号处理函数 */
static void SigHandler(int signo);

/* 操作辅助函数 */
void TimerPassed(const struct itimerval *itimer, struct timeval *tv);
void TimeSubstract(const struct timeval *tv1, const struct timeval *tv2, struct timeval *tvres);
int TimeCompare(const struct timeval *tv1, const struct timeval *tv2);
void PrintTimeval(const char *str, const struct timeval *tv);

/* 主函数，程序入口点 */
int main()
{
    /* 变量声明 */
    struct itimerval myitimer;
    long i, count;

    /* 注册信号处理函数 */
    /* 注册用户信号1处理函数 */
    if (signal(SIGUSR1, SigHandler) == SIG_ERR) {
        printf("Unable to create handler for SIGUSR1\n");
        exit(0);
    }
    /* 定时器信号处理函数 */
    /* 这里将同一个函数注册给两个信号，函数内部存在区分信号类型的逻辑 */
    if (signal(SIGALRM, SigHandler) == SIG_ERR){
        printf("Unable to create handler for SIGALRM\n");
        exit(0);
    }

    /* 运行参数输入 */
    printf("Loop times between timer info outputs (300 Recommanded):\n");
    scanf("%ld", &count);
	count *= 1000000;

    /* 初始化定时器参数 */
    myitimer.it_interval.tv_sec = 10;
    myitimer.it_interval.tv_usec = 0;
    myitimer.it_value.tv_sec = 10;
    myitimer.it_value.tv_usec = 0;

    /* 注册定时器 */
    setitimer(ITIMER_REAL, &myitimer, NULL);     /* 实时定时器 */
    setitimer(ITIMER_VIRTUAL, &myitimer, NULL); /* 用户定时器 */
    setitimer(ITIMER_PROF, &myitimer, NULL);     /* CPU定时器 */

    /* 无限循环，等待信号处理 */
    while (1)
    {
        for (i=0; i < count; i++);
        /* 每进行指定次数的循环后，发送用户信号1给自己 */
        raise(SIGUSR1);
    }
}



/* 信号处理函数 */
static void SigHandler(int signo)
{
    /* 变量声明 */
    struct itimerval tmp_itimer;
    struct timeval realtv, cputv, usertv, kerneltv;
    
    /* 获得实时定时器时间 */
    getitimer(ITIMER_REAL, &tmp_itimer);
    TimerPassed(&tmp_itimer, &realtv);
    
    /* 获得CPU定时器时间 */
    getitimer(ITIMER_PROF, &tmp_itimer);
    TimerPassed(&tmp_itimer, &cputv);

    /* 获得用户定时器时间 */
    getitimer(ITIMER_VIRTUAL,&tmp_itimer);
    TimerPassed(&tmp_itimer, &usertv);

    /* 计算Linux内核使用CPU时间 */
    TimeSubstract(&cputv, &usertv, &kerneltv);

	/* 按照信号进行处理 */
    switch (signo)
    {
    /* 用户信号1 */
    case SIGUSR1:
        /* 输出各种时间值 */
        PrintTimeval("Real Time ", &realtv);

        PrintTimeval("CPU Time   ", &cputv);

        PrintTimeval("User Time ", &usertv);

        PrintTimeval("Kernel Time", &kerneltv);

        printf("\n");

        break;

    /* 定时器信号 */
    case SIGALRM:
        /* 输出时间值后退出程序 */
        printf("Time up, the application will escape.\n");

        PrintTimeval("CPU Time   ", &cputv);

        PrintTimeval("User Time ", &usertv);

        PrintTimeval("Kernel Time", &kerneltv);

        exit(0);
        break;
    }
}


/* 计算时间的流逝 */

void TimerPassed(const struct itimerval *itimer, struct timeval *tv)

{
    TimeSubstract(&(itimer->it_interval), &(itimer->it_value), tv);
}


/* 计算两个时间的差值 */
void TimeSubstract(const struct timeval *tv1, const struct timeval *tv2, struct timeval *tvres)
{
    /* 变量声明 */
    const struct timeval *tmptv1, *tmptv2;
    int cmpres;
    
    /* 比较tv1和tv2，将较大值赋给tmptv1，较小值赋给tmptv2 */
    cmpres = TimeCompare(tv1, tv2);
    if (cmpres > 0) {
        tmptv1 = tv1;
        tmptv2 = tv2;
	} 
	else {
        tmptv1 = tv2;
        tmptv2 = tv1;  
    }

    /* 做差时存在借位的情况 */
    if (tmptv1->tv_usec < tmptv2->tv_usec) {
        /* 结果的秒数多减1，借给微秒 */
        tvres->tv_sec = tmptv1->tv_sec - tmptv2->tv_sec - 1;
        /* 微秒做减法时，先加上借来的一秒（1000000微秒） */
        tvres->tv_usec = tmptv1->tv_usec + 1000000 - tmptv2->tv_usec;
    /* 不存在借位的情况 */
    } else {
        /* 对应的秒和微秒分别做差 */
        tvres->tv_sec = tmptv1->tv_sec - tmptv2->tv_sec;
        tvres->tv_usec = tmptv1->tv_usec - tmptv2->tv_usec;
    }
}

/* 时间值比较大小 */
int TimeCompare(const struct timeval *tv1, const struct timeval *tv2)
{
    /* 如果秒值不一致则秒值大者较大 */
    if (tv1->tv_sec > tv2->tv_sec)
        return 1;
    else if (tv1->tv_sec < tv2->tv_sec)
        return -1;
    /* 秒值相同的，微秒值较大者较大 */
    else if (tv1->tv_usec > tv2->tv_usec)
        return 1;
    else if (tv1->tv_usec < tv2->tv_usec)
        return -1;
    /* 秒值和微秒值皆相同者等值 */
    else
        return 0;
}


/* 打印时间 */

void PrintTimeval(const char *str, const struct timeval *tv)
{
    printf("%s = %ld sec %ld usec\n", str, tv->tv_sec, tv->tv_usec);
}