Linux的定时器

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在服务端程序设计中，与时间有关的常见任务有：

获取当前时间，计算时间间隔；
定时操作，比如在预定的时间执行一项任务，或者在一段延时之后执行一项任务。

Linux 时间函数

Linux 的计时函数，用于获得当前时间：

time(2) / time_t （秒）
ftime(3) / struct timeb （毫秒）
gettimeofday(2) / struct timeval （微秒）
clock_gettime(2) / struct timespec （纳秒）
gmtime / localtime / timegm / mktime / strftime / struct tm （这些与当前时间无关）

定时函数，用于让程序等待一段时间或安排计划任务：

sleep
alarm
getitimer / setitimer
timer_create / timer_settime / timer_gettime / timer_delete
timerfd_create / timerfd_gettime / timerfd_settime
条件变量pthread_cond_timedwait实现
IO多路复用select, epoll实现

一般情况下

获取当前时间常用

gettimerofday，因为它的精度是1us，并且在x86平台上它是用户态实现的，没有系统调用和上下文切换的开销。

定时函数中：

sleep / alarm / usleep 在实现时有可能用了信号 SIGALRM，在多线程程序中处理信号是个相当麻烦的事情，应当尽量避免。（近期我会写一篇博客仔细讲讲“多线程、RAII、fork() 与信号”）
nanosleep 和 clock_nanosleep 是线程安全的，但是在非阻塞网络编程中，绝对不能用让线程挂起的方式来等待一段时间，程序会失去响应。正确的做法是注册一个时间回调函数。
getitimer 和 timer_create 也是用信号来 deliver 超时，在多线程程序中也会有麻烦。timer_create 可以指定信号的接收方是进程还是线程，算是一个进步，不过在信号处理函数(signal handler)能做的事情实在很受限。
timerfd_create 把时间变成了一个文件描述符，该“文件”在定时器超时的那一刻变得可读，这样就能很方便地融入到 select/poll 框架中，用统一的方式来处理 IO 事件和超时事件。l
利用select, epoll的timeout实现定时功能，它们的缺点是定时精度只有毫秒，远低于 timerfd_settime 的定时精度。

实现

下面是用timer_create实现的一个定时器：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>void sig_handler(int signo)
{
switch(signo) {
case SIGUSR1:
printf("receive sigusr1! \n");
break;
case SIGALRM:
printf("receive sigarlm!\n");
break;
}
}int main()
{
/**
struct sigaction
{
void (*sa_handler)(int);信号响应函数地址
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); 但sa_flags为SA——SIGINFO时才使用
sigset_t sa_mask; 说明一个信号集在调用捕捉函数之前，会加入进程的屏蔽中，当捕捉函数返回时，还原
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);未用
};
*/
timer_t timer1, timer2;
struct sigevent evp1, evp2;
struct sigaction act; //for timer1
memset(&act, 0, sizeof(act));
act.sa_handler = sig_handler;
act.sa_flags = 0; sigemptyset(&act.sa_mask); if (sigaction(SIGUSR1, &act, NULL) == -1) {
perror("fail to sigaction");
exit(-1);
} //for timer2
memset(&act, 0, sizeof(act));
act.sa_handler = sig_handler;
act.sa_flags = 0; sigemptyset(&act.sa_mask); if (sigaction(SIGALRM, &act, NULL) == -1) {
perror("fail to sigaction");
exit(-1);
}
//for timer1
memset(&evp1, 0, sizeof(struct sigevent));
evp1.sigev_signo = SIGUSR1;
evp1.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &evp1, &timer1) == -1) {
perror("fail to timer_create");
exit(-1);
} struct itimerspec it;
it.it_interval.tv_sec = 2;
it.it_interval.tv_nsec = 0;
it.it_value.tv_sec = 1;
it.it_value.tv_nsec = 0;
if (timer_settime(timer1, 0, &it, 0) == -1) {
perror("fail to timer_settime");
exit(-1);
} //for timer2
memset(&evp2, 0, sizeof(struct sigevent));
evp2.sigev_signo = SIGALRM;
evp2.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &evp2, &timer2) == -1) {
perror("fail to timer_create");
exit(-1);
}
it.it_interval.tv_sec = 4;
it.it_interval.tv_nsec = 0;
it.it_value.tv_sec = 2;
it.it_value.tv_nsec = 0;
if (timer_settime(timer2, 0, &it, 0) == -1) {
perror("fail to timer_settime");
exit(-1);
} for(;;); return 0;
}

以及一个用setitimer实现的定时器

setitimer中的第一个参数有三类：

这里说得很清楚。

ITIMER_REAL decrements in real time, and delivers SIGALRM upon expiration.ITIMER_VIRTUAL decrements only when the process is executing, and delivers SIGVTALRM upon expiration.ITIMER_PROF decrements both when the process executes and when the system is executing on behalf of the process. Coupled with ITIMER_VIRTUAL, this timer is usually used to profile the time spent by the application in user and kernel space. SIGPROF is delivered upon expiration.

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>void timer_handler (int signum)
{
switch(signum) {
case SIGALRM:
printf("sigarlm !\n");
break;
case SIGVTALRM:
printf("sigvtalrm !\n");
break;
}
}int main ()
{
struct sigaction sa;
struct itimerval timer;
memset (&sa, 0, sizeof (sa));
sa.sa_handler = &timer_handler;
sigaction (SIGVTALRM, &sa, NULL); sa.sa_handler = &timer_handler;
sigaction(SIGALRM, &sa, NULL); timer.it_value.tv_sec = 0;
timer.it_value.tv_usec = 250000;
timer.it_interval.tv_sec = 0;
timer.it_interval.tv_usec = 250000; setitimer (ITIMER_REAL, &timer, NULL); timer.it_value.tv_sec = 1;
timer.it_value.tv_usec = 0; timer.it_interval.tv_sec = 1;
timer.it_interval.tv_usec = 0;
setitimer (ITIMER_VIRTUAL, &timer, NULL); while (1);
}