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在Linux內(nèi)核中，定時(shí)器與線程的關(guān)系十分密切。定時(shí)器是Linux內(nèi)核中用來處理時(shí)間事件的一種機(jī)制，而線程則是在用戶空間中運(yùn)行的一種執(zhí)行單元。本文將從定時(shí)器和線程的概念入手，分析二者的區(qū)別與聯(lián)系，并探討在Linux內(nèi)核中二者是如何協(xié)同工作的。
一、定時(shí)器
1.概念
定時(shí)器是Linux內(nèi)核用來處理時(shí)間事件的一種機(jī)制。通俗地說，定時(shí)器就是在系統(tǒng)啟動后不斷在后臺進(jìn)行計(jì)時(shí)，并在設(shè)定的時(shí)間到達(dá)時(shí)觸發(fā)事先設(shè)定的動作，如將一個(gè)信號傳遞給特定進(jìn)程等。
2.特點(diǎn)
Linux內(nèi)核中有很多不同形式的定時(shí)器，比如硬件定時(shí)器、軟件定時(shí)器、高精度定時(shí)器等等。它們的共同點(diǎn)是：在設(shè)定時(shí)間到達(dá)前，操作系統(tǒng)會一直輪詢定時(shí)器，直到定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間到達(dá)，然后觸發(fā)預(yù)先設(shè)定的操作。此外，定時(shí)器還具有以下特點(diǎn)：
（1）可重復(fù)性。定時(shí)器在設(shè)定的時(shí)間到達(dá)時(shí)，可以自動重復(fù)設(shè)定的操作，如繼續(xù)傳遞信號給特定進(jìn)程等。
（2）可動態(tài)調(diào)整。在定時(shí)器時(shí)間未到達(dá)時(shí)，可以動態(tài)調(diào)整設(shè)定的時(shí)間或操作。
（3）多任務(wù)處理。在Linux內(nèi)核中，可以同時(shí)處理多個(gè)定時(shí)器，使得系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)多個(gè)時(shí)間事件。
二、線程
1.概念
線程是在用戶空間中運(yùn)行的一種執(zhí)行單元。與進(jìn)程不同，線程通常只有一個(gè)進(jìn)程地址空間和一個(gè)進(jìn)程信號處理函數(shù)表，因此多個(gè)線程可以共享相同的資源，如文件描述符、內(nèi)存等。線程通常由進(jìn)程創(chuàng)建，也可以在進(jìn)程運(yùn)行時(shí)動態(tài)創(chuàng)建。
2.特點(diǎn)
與進(jìn)程不同，線程通常具有以下特點(diǎn)：
（1）輕量級。線程只需要一個(gè)線程控制塊和一些堆?？臻g就可以運(yùn)行，因此它比進(jìn)程更加輕量級，可以更快地創(chuàng)建和銷毀。
（2）并發(fā)性。多個(gè)線程可以同時(shí)執(zhí)行，因此能夠充分利用多核CPU的性能。
（3）共享資源。多個(gè)線程可以共享相同的資源，如內(nèi)存、文件、IO等，但需要加鎖來保證數(shù)據(jù)一致性。
三、定時(shí)器與線程的關(guān)系
在Linux內(nèi)核中，定時(shí)器和線程是兩個(gè)不同的概念，但二者之間存在密切的聯(lián)系。定時(shí)器是用來處理時(shí)間事件的機(jī)制，線程則是在用戶空間中運(yùn)行的執(zhí)行單元。在Linux內(nèi)核中，定時(shí)器和線程可以通過以下方式進(jìn)行交互：
1.定時(shí)器觸發(fā)線程
當(dāng)設(shè)定的定時(shí)器時(shí)間到達(dá)時(shí)，操作系統(tǒng)會觸發(fā)預(yù)定的操作。其中一種操作是觸發(fā)一個(gè)信號，如SIGALRM信號，這個(gè)信號可以被特定的進(jìn)程或線程捕獲并處理。因此，在多線程的場景中，定時(shí)器可以用來觸發(fā)某個(gè)特定線程的信號，從而通知該線程執(zhí)行某個(gè)操作。這種方式被廣泛應(yīng)用于定時(shí)器相關(guān)的事件處理。
2.線程操作定時(shí)器
在Linux內(nèi)核中，線程可以通過系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置或取消定時(shí)器。當(dāng)線程需要在一段時(shí)間后執(zhí)行某個(gè)動作時(shí)，可以調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，設(shè)置定時(shí)器時(shí)間和操作。當(dāng)設(shè)定的時(shí)間到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)會觸發(fā)預(yù)設(shè)的操作，如向該線程發(fā)送SIGALRM信號。取消定時(shí)器則需要調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用。
通過以上方式，定時(shí)器和線程在Linux內(nèi)核中可以實(shí)現(xiàn)緊密協(xié)同工作。定時(shí)器可以在設(shè)定的時(shí)間到達(dá)時(shí)通知線程執(zhí)行某個(gè)動作；線程可以通過調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置和取消定時(shí)器，從而控制定時(shí)器。這種協(xié)同工作使得Linux內(nèi)核能夠更加高效地處理時(shí)間事件，實(shí)現(xiàn)更好的性能和穩(wěn)定性。
四、
在Linux內(nèi)核中，定時(shí)器和線程是兩個(gè)不同的概念，但二者之間存在著密切的聯(lián)系。定時(shí)器是用來處理時(shí)間事件的機(jī)制，線程則是在用戶空間中運(yùn)行的執(zhí)行單元。在Linux內(nèi)核中，定時(shí)器和線程可以通過多種方式進(jìn)行交互，如定時(shí)器觸發(fā)線程、線程操作定時(shí)器等，從而實(shí)現(xiàn)緊密協(xié)同工作，提供更好的性能和穩(wěn)定性。對于Linux內(nèi)核的開發(fā)和調(diào)優(yōu)，理解定時(shí)器和線程的關(guān)系十分重要。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- linux 多線程環(huán)境下的幾種鎖機(jī)制
linux 多線程環(huán)境下的幾種鎖機(jī)制
NO1
互斥量（Mutex）
互斥量是實(shí)現(xiàn)最簡單的鎖類型，因此有一些教科書一般以互斥量為例對鎖原語進(jìn)行描述?；コ饬康尼尫挪⒉粌H僅依賴于釋放操作，還可以引入一個(gè)定皮返時(shí)器屬性。如果在釋放操作執(zhí)行前發(fā)生定時(shí)器超時(shí)，則互斥量也會釋放代碼塊或共享存儲區(qū)供其他線程訪問。當(dāng)有異常發(fā)生時(shí)，可使用try-finally語句來確?；コ饬勘会尫?。定時(shí)器狀態(tài)或try-finally語句的使用可以避免產(chǎn)生死鎖。
遞歸鎖（Recursive
Lock）
遞歸鎖是指可以被當(dāng)前持有該鎖的線程重復(fù)獲取，而不會導(dǎo)致該線程產(chǎn)生死鎖的鎖類型。對遞歸鎖而言，只有在當(dāng)前持有線程的獲取鎖操作都有一個(gè)釋放操作與之對應(yīng)時(shí)，其他線程才可以獲取該鎖。因此，在使用遞歸鎖時(shí)，必須要用足夠的釋放鎖操作來平衡獲取鎖操作，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的更佳方式是在單入口單出口代碼塊的兩頭一一對應(yīng)地使用獲取、釋放操作，做法和在普通鎖中一樣。遞歸鎖在遞歸函數(shù)中最有用。但是，總的來說，遞歸鎖比非遞歸鎖速度要慢。需要注意的是：調(diào)用線程獲得幾次遞歸鎖必須釋放幾次遞歸鎖。
以下為一個(gè)遞歸鎖的示例：
view plain copy
Recursive_Lock L
void recursiveFunction (int count) {
L->acquire()
if (count > 0) {
count = count – 1;
recursiveFunction(count);
}
L->release();
}
讀寫鎖（Read-Write
lock） 讀寫鎖又稱為共享獨(dú)占鎖（shared-exclusive
lock）、多讀單寫鎖（multiple-read/single-write lock）或者非互斥信號量（non-mutual
exclusion
semaphore）。讀寫鎖允許多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行讀訪問，但是在某一時(shí)刻卻最多只能由一個(gè)線程執(zhí)行寫操作。對于多個(gè)線程需要同時(shí)讀共享數(shù)據(jù)卻并不一定進(jìn)行寫操作的應(yīng)用來說，讀寫鎖是一種高效的同步機(jī)制。對于較長的共享數(shù)據(jù)，只為其設(shè)置一個(gè)讀寫鎖會導(dǎo)致較長的訪問時(shí)間，更好將其劃分為多個(gè)小段并設(shè)置多個(gè)讀寫鎖以進(jìn)行同步。
這個(gè)讀寫鎖我們在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的時(shí)候應(yīng)該很熟悉的喲！
旋轉(zhuǎn)鎖（Spin
Lock）
旋轉(zhuǎn)鎖是一種非阻塞鎖，由某個(gè)線程獨(dú)占。腔指采伍握配用旋轉(zhuǎn)鎖時(shí)，等待線程并不靜態(tài)地阻塞在同步點(diǎn)，而是必須“旋轉(zhuǎn)”，不斷嘗試直到最終獲得該鎖。旋轉(zhuǎn)鎖多用于多處理器系統(tǒng)中。這是因?yàn)?，如果在單核處理器中采用旋轉(zhuǎn)鎖，當(dāng)一個(gè)線程正在“旋轉(zhuǎn)”時(shí)，將沒有執(zhí)行資源可供另一釋放鎖的線程使用。旋轉(zhuǎn)鎖適合于任何鎖持有時(shí)間少于將一個(gè)線程阻塞和喚醒所需時(shí)間的場合。線程控制的變更，包括線程上下文的切換和線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的更新，可能比旋轉(zhuǎn)鎖需要更多的指令周期。旋轉(zhuǎn)鎖的持有時(shí)間應(yīng)該限制在線程上下文切換時(shí)間的50%到100%之間（Kleiman，1996年）。在線程調(diào)用其他子系統(tǒng)時(shí)，線程不應(yīng)持有旋轉(zhuǎn)鎖。對旋轉(zhuǎn)鎖的不當(dāng)使用可能會導(dǎo)致線程餓死，因此需謹(jǐn)慎使用這種鎖機(jī)制。旋轉(zhuǎn)鎖導(dǎo)致的餓死問題可使用排隊(duì)技術(shù)來解決，即每個(gè)等待線程按照先進(jìn)先出的順序或者隊(duì)列結(jié)構(gòu)在一個(gè)獨(dú)立的局部標(biāo)識上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
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