嵌入式操作系统 | uloop 定时器：周期任务与网络上报
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模块五 · 2 学时 · 环境：VMware + Ubuntu 20.04
一句话概述：讲清 uloop 的定时器用法：uloop_timeout_set 排一次、回调里再排一次就是周期任务；用"1 秒心跳 + 3 秒采集并 UDP 上报"的程序把定时器和网络收发放进同一个事件循环，一步一步给出命令与运行现象，配套课堂练习与课后作业。
本节目标
- 会用
uloop_timeout_set()排一个定时任务，并知道周期任务是怎么实现的 - 会写"定时采集 + UDP 上报"的程序，让它和其它任务共用一个事件循环
- 会读懂程序打印的时间节奏（心跳和采集为什么是 1:3）
一、讲解内容
1.1 知识讲解
uloop 定时器就一个函数。 uloop_timeout_set(&t, 毫秒)：把结构体 t 排进定时队列，到点调用 t.cb。注意单位是毫秒：1000 = 1 秒。
周期任务 = 回调里再排一次。 uloop 的定时器默认只响一次，想让它每 3 秒响一次，就在回调末尾再 uloop_timeout_set(t, 3000)------这就是"周期任务"的实现方式（嵌入式里的心跳、周期采集、超时重试都这么做）。
为什么比 sleep 好。 定时器回调之间，事件循环还能照常处理网络数据------sleep(3) 会把整个程序卡住 3 秒，期间来什么包都处理不了。
一个循环里可以挂很多任务。 本课同时挂两个定时器（心跳 1 秒、采集 3 秒）和一个 UDP 套接字，它们互不干扰：谁到点就执行谁。
结束条件要写清楚。 本课采满 3 次就 uloop_end() 退出，方便课堂观察；真实项目里通常一直跑，靠 Ctrl+C 或 systemd 管理（课时 07 学过）。
1.2 操作步骤（一条命令一步，每步都有现象）
第 1 步：编译
shell
cd ~/lab/课时18-uloop定时器
gcc -Wall -Wextra -o uloop_timer uloop_timer.c -lubox现象：无输出即成功。
第 2 步：先启动 Python 接收端（终端 A，先开）
shell
python3 udp_receiver.py 9999现象：
text
UDP 接收端已启动，监听 9999 端口，等 C 程序上报，Ctrl+C 退出第 3 步：终端 B 运行 C 程序（后开）
shell
./uloop_timer 127.0.0.1 9999现象（重点看两个节奏：心跳每秒一次，采集每 3 秒一次，采集后立刻上报；程序大约 9 秒后自己结束）：
text
① uloop 初始化完成
② 上报目标：127.0.0.1:9999
③ 已挂两个定时器：心跳 1 秒 / 采集 3 秒
④ 进入 uloop_run()
[心跳] 第 1 次：程序还活着（uloop 在跑）
[心跳] 第 2 次：程序还活着（uloop 在跑）
★ 第 1 次采集：温度 25.0 C
→ 已通过 UDP 上报
[心跳] 第 3 次：程序还活着（uloop 在跑）
[心跳] 第 4 次：程序还活着（uloop 在跑）
[心跳] 第 5 次：程序还活着（uloop 在跑）
★ 第 2 次采集：温度 25.5 C
→ 已通过 UDP 上报
[心跳] 第 6 次：程序还活着（uloop 在跑）
[心跳] 第 7 次：程序还活着（uloop 在跑）
[心跳] 第 8 次：程序还活着（uloop 在跑）
★ 第 3 次采集：温度 26.0 C
→ 已通过 UDP 上报
采集 3 次完成，结束事件循环
[心跳] 第 9 次：程序还活着（uloop 在跑）
⑤ uloop 结束：共心跳 9 次，采集 3 次终端 A（Python 接收端）的现象------上报的数据真的到了对面：
text
第 1 条上报（来自 127.0.0.1:33973）：第 1 次采集：温度 25.0 C
第 2 条上报（来自 127.0.0.1:33973）：第 2 次采集：温度 25.5 C
第 3 条上报（来自 127.0.0.1:33973）：第 3 次采集：温度 26.0 C现象解读 ：① 心跳和采集各自按自己的周期执行，说明一个事件循环里可以挂多个定时任务 ；② 第 3 次采集后程序自己结束（我们写了 uloop_end()）；③ 采集数据通过 UDP 发出去了（Python 那边收到了 3 条）。
第 4 步：改节奏看变化（动手改一改）
把 on_collect 里的 uloop_timeout_set(t, 3000) 改成 1000，重新编译运行------心跳和采集都变成每秒一次；把 COLLECT_MAX 从 3 改成 5，就采 5 次再结束。
第 5 步：收工。 终端 A 按 Ctrl+C 停掉 Python 接收端。
1.3 常见错误与排查
| 现象 | 原因 | 解决 |
|---|---|---|
| 只会响一次然后程序就结束了 | 回调里没有再 uloop_timeout_set |
在回调末尾重新排下一次，才是周期任务 |
| 周期明显不对（快 10 倍/慢 1000 倍） | 单位搞错（毫秒 vs 秒） | uloop 用毫秒：1 秒要写 1000 |
| 程序一直跑不完 | 忘了结束条件 | 加计数，够了调用 uloop_end()（或按 Ctrl+C） |
| Python 端收不到数据 | 端口不一致、或先关掉了接收端 | 两边端口一致；接收端先启动 |
运行时 libubox.so: cannot open shared object file |
没执行 sudo ldconfig |
回课时 15 重新装并 sudo ldconfig |
二、学生练习
本节命令速查表：
| 命令 | 作用 | 示例 |
|---|---|---|
| gcc ... -lubox | 编译 | gcc -Wall -Wextra -o uloop_timer uloop_timer.c -lubox |
| python3 udp_receiver.py 端口 | 启动接收端（先开） | python3 udp_receiver.py 9999 |
| ./uloop_timer IP 端口 | 运行程序 | ./uloop_timer 127.0.0.1 9999 |
| uloop_timeout_set(&t, 毫秒) | 排一个定时任务 | uloop_timeout_set(&beat, 1000) |
| uloop_timeout_cancel(&t) | 取消定时任务 | uloop_timeout_cancel(&beat) |
| 编号 | 任务 | 提示 | 预期结果 |
|---|---|---|---|
| L18.1 | 按步骤跑通 | 先起接收端，再跑 C 程序 | 心跳 1 秒 1 次、采集 3 秒 1 次，Python 收到 3 条 |
| L18.2 | 把采集周期改成 1 秒 | 改 uloop_timeout_set(t, 1000) |
心跳和采集都是每秒一次 |
| L18.3 | 改成采 5 次 | 改 COLLECT_MAX |
打印到第 5 次采集才结束 |
| L18.4 | 让心跳每 2 秒一次 | 改心跳那个 1000 为 2000 | 心跳节奏变慢，采集不受影响 |
| L18.5 | 加一个"上报失败"提示 | 把接收端关掉再运行程序 | sendto 依然成功（UDP 不保证送达），这说明 UDP 只管发出去 |
| L18.6 | 用 date 观察真实时间 |
在心跳回调里打印 time(NULL) |
两次心跳时间差约 1 秒 |
三、作业
- 必做：完成 L18.1、L18.2，提交 C 程序输出截图与 Python 接收端截图，并回答：① 周期定时任务是怎么实现的？② uloop 定时器的单位是什么？③ 为什么定时器比
sleep()好？ - 选做：把"采集"改成读一个真实数据（比如
/proc/loadavg里的负载值），再上报给 Python 端 - 提交：截图 + 文字回答，命名
课时18-作业截图.png
四、本节小结与下节预告
本节掌握了 uloop 定时器：uloop_timeout_set 排任务、回调里再排就是周期任务，并做出了"定时采集 + UDP 上报"的完整小程序。下节换到配置：用 uci 读写 OpenWrt 风格的配置文件，一条命令一条命令地看结果。
附录：怎么运行 + 完整代码
一个课件就够用：先按附录 A 的顺序敲命令（服务端/对端先开，自己的程序后开），再按附录 B 抄代码。行尾请用 LF。
附录 A｜怎么运行（注意先后顺序）
shell
gcc -Wall -Wextra -o uloop_timer uloop_timer.c -lubox
python3 udp_receiver.py 9999 # 终端A：先启动接收端
./uloop_timer 127.0.0.1 9999 # 终端B：心跳 1 秒、采集 3 秒，采 3 次后自己结束附录 B｜文件 uloop_timer.c
c
/*
* uloop_timer.c ------ 课时 18：uloop 定时器（周期任务 + 网络上报）
*
* 编译：gcc -Wall -Wextra -o uloop_timer uloop_timer.c -lubox
* 运行：./uloop_timer 127.0.0.1 9999
*
* 两个定时任务跑在同一个事件循环里：
* · 心跳定时器：每 1 秒打印一次 "程序还活着"
* · 采集定时器：每 3 秒采集一次数据，并通过 UDP 上报给 Python 工具
* 采满 3 次后调用 uloop_end() 退出（课堂上不用手动 Ctrl+C，现象更清楚）。
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <libubox/uloop.h>
#define COLLECT_MAX 3 /* 采 3 次就结束，方便观察 */
static struct uloop_timeout beat; /* 1 秒心跳 */
static struct uloop_timeout collect; /* 3 秒采集 */
static struct sockaddr_in server;
static int sock = -1;
static int beat_cnt = 0;
static int collect_cnt = 0;
/* 心跳：定时器回调里重新排下一次，就变成周期任务 */
static void on_beat(struct uloop_timeout *t)
{
beat_cnt++;
printf(" [心跳] 第 %d 次：程序还活着（uloop 在跑）\n", beat_cnt);
uloop_timeout_set(t, 1000);
}
/* 采集：采一次、上报一次；采满 COLLECT_MAX 次就结束事件循环 */
static void on_collect(struct uloop_timeout *t)
{
char msg[128];
float temp = 25.0f + collect_cnt * 0.5f; /* 假装采到的温度 */
collect_cnt++;
snprintf(msg, sizeof(msg), "第 %d 次采集：温度 %.1f C", collect_cnt, temp);
printf("★ %s\n", msg);
if (sendto(sock, msg, strlen(msg), 0,
(struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
perror("sendto");
} else {
printf(" → 已通过 UDP 上报\n");
}
if (collect_cnt >= COLLECT_MAX) {
printf("采集 %d 次完成，结束事件循环\n", COLLECT_MAX);
uloop_end();
return;
}
uloop_timeout_set(t, 3000);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int port = 9999;
if (argc >= 3) {
port = atoi(argv[2]);
}
uloop_init();
printf("① uloop 初始化完成\n");
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sock < 0) {
perror("socket");
return 1;
}
memset(&server, 0, sizeof(server));
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = htons((uint16_t)port);
inet_pton(AF_INET, argc >= 2 ? argv[1] : "127.0.0.1", &server.sin_addr);
printf("② 上报目标：%s:%d\n", argc >= 2 ? argv[1] : "127.0.0.1", port);
beat.cb = on_beat;
uloop_timeout_set(&beat, 1000);
collect.cb = on_collect;
uloop_timeout_set(&collect, 3000);
printf("③ 已挂两个定时器：心跳 1 秒 / 采集 3 秒\n");
printf("④ 进入 uloop_run()\n\n");
uloop_run();
close(sock);
uloop_done();
printf("\n⑤ uloop 结束：共心跳 %d 次，采集 %d 次\n", beat_cnt, collect_cnt);
return 0;
}附录 C｜文件 udp_receiver.py
python
#!/usr/bin/env python3
"""课时 18 测试工具：UDP 数据接收端（打印 C 程序上报的每条数据）
用法：python3 udp_receiver.py [端口] # 端口默认 9999，Ctrl+C 退出
"""
import socket
import sys
port = int(sys.argv[1]) if len(sys.argv) > 1 else 9999
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
s.bind(("0.0.0.0", port))
print(f"UDP 接收端已启动，监听 {port} 端口，等 C 程序上报，Ctrl+C 退出")
count = 0
try:
while True:
data, addr = s.recvfrom(1024)
count += 1
print(f"第 {count} 条上报（来自 {addr[0]}:{addr[1]}）：{data.decode('utf-8', 'replace')}")
except KeyboardInterrupt:
print(f"\n接收端退出，共收到 {count} 条")
finally:
s.close()