(第４回)タイマを実装してみる

あなたは 人目のお客様です．

前回は主にスレッド間でのメッセージ通信を実装した． 今回は，タイマを実装してみよう．

タイマは以下のように実装してみる．

• kz_timer()でタイマを設定する．(ミリ秒で指定)
• タイマ満了時にはKOZOSからスレッドに対してメッセージが投げられる．

実はタイマの実装方法についてはちょっといろいろ考えたところがあって， KOZOSにシグナルのような機構を導入しタイマ満了時にはシグナルが 送信されるようにする(kz_recv()はシグナルによって終了する)とか， kz_timer()が即終了するのでなくタイマ満了時に kz_timer() が終了する (つまり，kz_timer()はタイマ設定と同時にメッセージ待ちに入る)とかいった 実装も考えたのだけど，まあメッセージの送受信をすでに実装しているので， その作りを流用するのが楽でいいかな，と．

で，作成したのが以下．

• ソースコードはこちら

(2009/04/10 ライセンスに関する文書として，KL-01とLICENSEを追加． 詳しくは第43回を参照)

以下は前回からの差分．

• diff.txt

タイマは複数設定されることがあり得るので， タイマ構造体によってリンクリスト管理する． このためには thread.c の先頭付近で

diff -ruN -U 10 kozos03/thread.c kozos04/thread.c
--- kozos03/thread.c	Sun Oct 21 22:32:45 2007
+++ kozos04/thread.c	Sun Oct 21 22:32:45 2007
@@ -5,23 +5,30 @@
 #include 
 #include 
 
 #include "kozos.h"
 #include "syscall.h"
 #include "thread.h"
 
 #define SIG_NUM 32
 #define STACK_SIZE 0x8000
 
+typedef struct _kz_timebuf {
+  struct _kz_timebuf *next;
+  int msec;
+  kz_thread *thp;
+} kz_timebuf;
+
 kz_thread threads[THREAD_NUM];
 kz_thread *readyque[PRI_NUM];
 static jmp_buf intr_env;
+static kz_timebuf *timers;
 
 kz_thread *current;
 
 static void getcurrent()
 {
   readyque[current->pri] = current->next;
   current->next = NULL;
 }
 
 static int putcurrent()

kz_timer()によるタイマ設定時には，thread_timer() が呼ばれる． タイマでちょっと難しいのは，たとえば

• 100ms，250msという順に(時間差無しで連続で)タイマが設定された場合には， 100ms後，さらに150ms後にタイマが起動する． (つまり100ms後に１番目のタイマ満了した後，２番目のタイマを設定する際には， 250ms − 100ms ＝ 150ms 後にタイマが起動するように設定する必要がある)
• 200ms，300ms，250msという順に(時間差無しで連続で)タイマが設定された場合 には，300msのタイマより先に250msのタイマをキューに挿入する必要がある． (キューのソートを行わなければならない)
• 200ms，100msという順に(時間差無しで連続で)タイマが設定された場合， 現在動作している200msのタイマをいったん削除し，100msのタイマを起動し直さ なければならない．(タイマ設定を上書きする必要がある)

static int thread_timer(int msec)
{
  kz_timebuf **tmpp;
  kz_timebuf *tmp;

  tmp = malloc(sizeof(*tmp));
  tmp->next = NULL;
  tmp->thp = current;

  for (tmpp = &timers; *tmpp; tmpp = &((*tmpp)->next)) {
    if (msec < (*tmpp)->msec) {
      (*tmpp)->msec -= msec;
      break;
    }
    msec -= (*tmpp)->msec;
  }

  if (msec == 0) msec++;
  tmp->msec = msec;
  tmp->next = *tmpp;
  *tmpp = tmp;

  ualarm(timers->msec * 1000, 0);

  putcurrent();
  return 0;
}

さらに kz_timer() に引数に渡されるのは 「現在から何ミリ秒後にタイマが起動するか？」という 値だが，キューへの挿入時には 「前回のタイマの満了時から何ミリ秒後にタイマ起動するか？」 という値にして保存する (キューの next ポインタをたどるたびに，タイマ時間で msec を減算している)．

キューへの接続が終ったら， タイマキューの先頭にあるタイマ情報を見て ualarm() を起動する． これにより，一番最初に満了すべきタイマ値で ualarm() が行われ， そのタイマ時間が経過したときに SIGALRM が発生することになる． タイマが既にかかっている状態で新しい(もっと短い時間の)タイマが設定された 場合には，新しいタイマ値でタイマの設定を上書きする必要があるが， ここで無条件で ualarm() による設定を行っているので， 必要ならばタイマの上書きが行われることになる．

※ あー，っていうか今気がついたのだけど，これってタイマが既に起動している 状態で kz_timer() が呼ばれると，ualarm() の再設定が行われて タイマ時間が戻ってしまうってことだよね．．．(例えば100msのタイマを仕掛けて 50msたった状態で200msのタイマを設定すると，100msタイマが再設定されて またゼロからカウントされることになる．よって100msタイマなのに実際に タイマ起動するのは150ms後，ということになる) これを防止するには上書きを止めるだけではダメで，thread_timer()呼び出し時には gettimeofday() とかで現在時刻を取得して，前回のタイマ起動時間からの差分を 考慮しないといけないということだ．．． うーん面倒ではないけど，もうここまで文章書いちゃったので， まあそのうち対処しよう．

ということで，タイマ満了時には SIGALRM が発行される． これをハンドリングするために，KOZOSの起動部分で SIGSYS と同様にハンドラを 登録しておく．

@@ -301,21 +355,24 @@
 static void thread_start(kz_func func, char *name, int pri, int argc, char *argv[])
 {
   memset(threads, 0, sizeof(threads));
   memset(readyque, 0, sizeof(readyque));
 
+  timers = NULL;
+
   signal(SIGSYS, thread_intr);
+  signal(SIGALRM, thread_intr);
 
   /*
    * current 未定のためにシステムコール発行はできないので，
    * 直接関数を呼び出してスレッド作成する．
    */
   current = NULL;
   current = (kz_thread *)thread_run(func, name, pri, argc, argv);
 
   longjmp(current->context.env, 1);
 }

 static void thread_intrvec(int signo)
 {
   switch (signo) {
   case SIGSYS: /* システムコール */
     syscall_proc();
     break;
+  case SIGALRM: /* タイマ割込み発生 */
+    alarm_handler();
+    break;
   case SIGBUS: /* ダウン要因発生 */
   case SIGSEGV:
   case SIGTRAP:
   case SIGILL:
     {
       fprintf(stderr, "error %s\n", current->name);
       /* ダウン要因発生により継続不可能なので，スリープ状態にする*/
       getcurrent();
     }
     break;

void alarm_handler()
{
  kz_timebuf *tmp;

  sendmsg(timers->thp, 0, 0, NULL);
  tmp = timers;
  timers = timers->next;
  free(tmp);
  if (timers) {
    ualarm(timers->msec * 1000, 0);
  }
}

では，サンプルプログラムによって動作確認してみよう．

• main.c

  while (1) {
    kz_timer(100);
    fprintf(stderr, "func1\n");
    kz_recv(NULL, NULL);
  }

実行結果は以下のようになる．

% ./koz 
func1
func2
func1
func2
func1
func2
func1
func1
func2
func1
func2
func1
^C
% 

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