多线程程序的 C++ 定时器中断

Posted 2023-02-22

【中文标题】多线程程序的 C++ 定时器中断

【英文标题】：C++ timer interrupt for multithreaded program

【发布时间】：2017-12-13 00:44:43

【问题描述】：

我正在 Linux 环境中进行开发。假设我有 3 个线程，t1、t2 和 t3 在我的软件中运行（使用 pthread 实现）。线程 t1 和 t2 没有交错的执行时间在 50ms 到 100ms 之间。无论如何我可以实现线程 t3 以便它每 30 毫秒发出一次中断（即在 t3 完成执行 [sched_yeild()] 后，下一次运行将在 30 毫秒后从该点开始，当 30 毫秒超时时，它将产生它正在运行的任何线程并运行线程 t3 直到它完成[sched_yeild()])？以下是我的代码结构：

#include <pthread.h>
#include <sched.h>
    //others header files
void* thread1(void *)
   while(1)
    //code for thread1 :loop time about 50ms-100ms
    sched_yield();
   

void* thread2(void *)
   while(1)
    //code for thread2:loop time about 50ms-100ms
    sched_yield();
   

void* thread3(void *)
   while(1)
    //code for thread3
    sched_yield();
   

int main()
    pthread_t t1,t2,t3;
    pthread_create(&t1,NULL,thread1,NULL);
    pthread_create(&t2,NULL,thread2,NULL);
    pthread_create(&t3,NULL,thread3,NULL);

    pthread_join(t1,NULL);
    pthread_join(t2,NULL);
    pthread_join(t3,NULL);

    return 0;

【问题讨论】：

您希望 T3 （尽可能接近）立即抢占 T1 和 T2 并运行直到它投降？听起来你想给 T3 更高的优先级。但不要指望这个同步。

定义“中断”的含义。在这种情况下，该术语具有许多不同的含义。此外，您确实了解sched_yield() 不提供任何形式的保证，无论如何，实际会发生什么。这听起来像是一个 XY 问题。你真正的问题是别的东西，你认为解决方案就是这个问题所描述的。也许如果你描述了真正的问题，有人可以为你想出一个真正的解决方案。

@user4581301 是的。在这种情况下，优先级不应该起作用，因为当前正在运行的线程（t1 和 t2）仍在执行并且没有放弃资源。

@SamVarshavchik 抱歉不清楚。在这种情况下，我的意思是，每当 30ms 定时器超时时，它都会发出一个信号，使任何正在运行的线程都会放弃 CPU 资源（抢占）并让 T3 立即运行（T3 有点像中断服务常规）。我的实际问题是我正在从线程 T3 捕获图像，并且我想要一个固定的帧速率。因此我需要 T3 定期运行。

这样的东西更类似于实时操作系统，而不是通用的 Linux。 Linux 内核有实时扩展，这取决于一个可能或可能不可用的发行版。但同样：这是一个 XY 问题。无论真正的问题是什么，尝试解决真正的问题而不是解决 XY 问题更有可能更有成效。可以说，在现有的 Linux 操作系统中，没有任何东西可以用来保证任何此类事情。

【参考方案1】：

您可以让 T3 以高优先级运行（例如，通过 sched_setscheduler(0, SCHED_RR, ...)，您可以让 T3 在一个循环中运行，该循环调用 usleep() 休眠一段时间，然后当 usleep() 返回时，T3 可以在再次调用 usleep() 之前做一些有用的事情。如果你想变得聪明，你甚至可以让 T3 改变它传递给 usleep() 的值来弥补 T3 花费的时间（做某事有用）之间的usleep（）调用以纠正漂移，因此（有用的东西）更接近每30毫秒（平均）发生一次。

但是，如果您希望 T3 的行为能够以某种方式控制 T1 和 T2 的执行方式/时间，那么您将会失望。默认情况下，线程本质上相对于彼此异步（且不可预测地）执行，仅仅因为 T3 在给定时刻运行并不意味着 T1 和 T2 不在同一时刻运行（想想多核/多处理器）。

如果您尝试同步线程的执行，那么您需要使用适当的线程同步机制，例如互斥锁或条件变量。真的没有替代品。 :)