Linux 定时器编程

在 Linux 系统中，如果你需要定时执行某些任务，比如定时检查某个条件、每隔几秒触发某个事件，就需要用到定时器。Linux 提供了多种实现定时器的方式，每种方式适用于不同的场景。

本文将带你了解常见的几种定时器机制：

• alarm() 和 sleep() 等简单定时函数；
• 基于 setitimer() 的定时器；
• 使用 timerfd 文件描述符（推荐）；
• POSIX 定时器 timer_create()；
• 基于信号、线程和 epoll 的定时处理。

基本的 sleep 和 alarm

这类函数是最简单的定时机制，但只能实现“延时”或“一次性定时”。例如：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("3 秒后退出...\n");
    sleep(3);  // 延时 3 秒
    printf("结束。\n");
    return 0;
}

你还可以使用 alarm() 设置一个秒级定时器，并通过信号处理函数捕获：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void on_alarm(int signum) {
    printf("定时器触发了！\n");
}

int main() {
    signal(SIGALRM, on_alarm);
    alarm(5);  // 5 秒后触发 SIGALRM
    pause();   // 等待信号
    return 0;
}

使用 setitimer 实现周期定时器

如果你希望定时器周期性触发，可以使用 setitimer() 函数。例如：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>

void timer_handler(int signum) {
    static int count = 0;
    printf("定时器触发 %d 次\n", ++count);
}

int main() {
    signal(SIGALRM, timer_handler);

    struct itimerval timer;
    timer.it_interval.tv_sec = 1;  // 每 1 秒触发一次
    timer.it_interval.tv_usec = 0;
    timer.it_value.tv_sec = 1;     // 第一次延时 1 秒
    timer.it_value.tv_usec = 0;

    setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL);

    while (1) {
        pause();  // 等待信号
    }
}

这个定时器会每秒发出一个 SIGALRM 信号。

使用 timerfd 创建文件描述符定时器

如果你在使用 select/poll/epoll 等 I/O 多路复用机制，那么你可以使用 timerfd 来创建一个可读的定时器文件描述符。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/timerfd.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <time.h>

int main() {
    int tfd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);
    if (tfd == -1) {
        perror("timerfd_create");
        exit(1);
    }

    struct itimerspec ts;
    ts.it_value.tv_sec = 2;        // 第一次延迟 2 秒
    ts.it_value.tv_nsec = 0;
    ts.it_interval.tv_sec = 1;     // 每隔 1 秒触发一次
    ts.it_interval.tv_nsec = 0;

    timerfd_settime(tfd, 0, &ts, NULL);

    while (1) {
        uint64_t expirations;
        read(tfd, &expirations, sizeof(expirations));
        printf("定时器触发了 %llu 次\n", expirations);
    }

    close(tfd);
    return 0;
}

你可以将 tfd 与 epoll 结合使用，让定时器和 socket/管道等一起处理，非常适合写事件驱动程序。

POSIX 定时器（timer_create）

POSIX 定时器提供了比 setitimer 更灵活的控制。你可以通过 timer_create() 创建多个定时器，每个定时器都可以设置不同的处理方式。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <string.h>

void timer_handler(union sigval sv) {
    printf("POSIX 定时器触发了，用户数据: %d\n", *(int*)sv.sival_ptr);
}

int main() {
    struct sigevent sev;
    struct itimerspec ts;
    timer_t timerid;
    int user_data = 123;

    memset(&sev, 0, sizeof(sev));
    sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD;   // 创建一个线程处理
    sev.sigev_notify_function = timer_handler;
    sev.sigev_value.sival_ptr = &user_data;

    timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timerid);

    ts.it_value.tv_sec = 2;    // 2 秒后触发
    ts.it_value.tv_nsec = 0;
    ts.it_interval.tv_sec = 3; // 每 3 秒重复
    ts.it_interval.tv_nsec = 0;

    timer_settime(timerid, 0, &ts, NULL);

    while (1) pause(); // 等待触发
}

使用这种方式，你可以为每个定时器绑定不同的数据和处理逻辑。

几种定时器对比

类型	精度	是否支持周期	是否支持多路复用	优点
sleep/alarm	秒级	否	否	简单易用
setitimer	毫秒级	是	否（基于信号）	适合简单定时任务
timerfd	纳秒级	是	是（epoll）	高效、适合事件驱动编程
timer_create	纳秒级	是	支持多种通知方式	灵活，支持线程、信号通知等

小结

在本教程中，你了解了 Linux 中常见的定时器机制，包括：

• 使用 sleep() 和 alarm() 实现简单延时；
• 使用 setitimer() 创建周期定时器；
• 利用 timerfd 创建适用于 epoll 的高效定时器；
• 使用 POSIX 定时器 timer_create() 实现多定时器管理和线程处理；

每种方式都有其适用场景。一般建议你在现代应用中优先使用 timerfd 或 POSIX 定时器，它们更强大、灵活，并且适配多线程或事件驱动模型。