Linux软件定时器回顾

主要实现方式

1. setitimer() + 信号 

这是传统的POSIX方法：

struct itimerval
{/* Value to put into `it_value' when the timer expires. */struct timeval it_interval;/* Time to the next timer expiration. */struct timeval it_value;
};it_interval：计时器的初始值，一般基于这个初始值来加或者来减，看控制函数的参数配置
it_value：程序跑到这之后，多久启动定时器//结构体
struct timeval
{__time_t tv_sec; /* Seconds. */__suseconds_t tv_usec; /* Microseconds. */
};//函数
int setitimer (__itimer_which_t __which,const struct itimerval *__restrict __new,struct itimerval *__restrict __old)/*setitimer()将value指向的结构体设为计时器的当前值，如果ovalue不是NULL，将返回计时器原有值。
which:三种类型
ITIMER_REAL //数值为0，计时器的值实时递减，发送的信号是SIGALRM。
ITIMER_VIRTUAL //数值为1，进程执行时递减计时器的值，发送的信号是SIGVTALRM。
ITIMER_PROF //数值为2，进程和系统执行时都递减计时器的值，发送的信号是SIGPROF。
很明显，这边需要捕获对应的信号进行逻辑相关处理 signal(SIGALRM,signal_handler);
返回说明：
成功执行时，返回0。失败返回-1*/

#include <sys/time.h>
#include <signal.h>// 设置定时器
struct itimerval timer;
timer.it_value.tv_sec = 1;     // 首次触发时间
timer.it_value.tv_usec = 0;
timer.it_interval.tv_sec = 1;  // 重复间隔
timer.it_interval.tv_usec = 0;setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL);// 信号处理函数
void timer_handler(int sig) {// 处理定时任务
}signal(SIGALRM, timer_handler);

特点：

• 使用 ITIMER_REAL 产生 SIGALRM 信号
• 精度可达微秒级
• 受信号处理机制限制（异步信号安全）

2. timerfd (现代推荐方法)

struct itimerspec {struct timespec it_interval;  // 定时器周期（0 表示单次触发）struct timespec it_value;     // 首次到期时间（0 表示停止定时器）
};it_value：首次触发的延迟时间。
it_interval：周期性触发的间隔时间。如果为 0，则为单次定时器。timerfd_create(int clockid, int flags)
/*
clockid：指定定时器所基于的时钟源。常用值有：
CLOCK_REALTIME：系统实时时间（可被 NTP 调整）。
CLOCK_MONOTONIC：单调递增时间（不受系统时间调整影响，推荐用于定时）。
flags：可选标志位，如 TFD_CLOEXEC（执行 exec 时自动关闭）、TFD_NONBLOCK（非阻塞模式）。
*/timerfd_settime(int fd, int flags, const struct itimerspec *new_value, struct itimerspec *old_value)
/*
fd：由 timerfd_create 返回的文件描述符。
flags：标志位。0 表示 new_value->it_value 是相对时间；TFD_TIMER_ABSTIME 表示是绝对时间。
new_value：指向 itimerspec 结构体，指定新的定时器值。
old_value：可选，用于返回之前的定时器设置。
*/timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value)
/*
fd：timerfd 文件描述符。
curr_value：指向 itimerspec 结构体，用于接收当前值。
*/

#include <sys/timerfd.h>int timerfd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);struct itimerspec timer;
timer.it_value.tv_sec = 1;
timer.it_value.tv_nsec = 0;
timer.it_interval.tv_sec = 1;
timer.it_interval.tv_nsec = 0;timerfd_settime(timerfd, 0, &timer, NULL);// 在epoll/select中监听
uint64_t exp;
read(timerfd, &exp, sizeof(exp));

优势：

• 基于文件描述符，可与epoll集成
• 避免信号处理的复杂性
• 更精确的控制

3. timer_create() (POSIX定时器)

#include <signal.h>
#include <time.h>timer_t timerid;
struct sigevent sev;
struct itimerspec timer;// 创建定时器
sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
sev.sigev_notify_function = timer_callback;
timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timerid);// 启动定时器
timer_settime(timerid, 0, &timer, NULL);

关键要点

1. 信号安全：在信号处理函数中只能调用异步信号安全的函数
2. 精度限制：受系统时钟分辨率影响（通常1-10ms）
3. 线程安全：现代应用推荐使用timerfd避免信号竞争
4. 多种时钟源：CLOCK_REALTIME, CLOCK_MONOTONIC等

工作流程

1. 调用 timerfd_create 创建一个 timerfd，得到一个文件描述符 fd。
2. 设置 itimerspec 结构体，定义定时器的首次触发时间和周期。
3. 调用 timerfd_settime(fd, 0, &timer_spec, NULL) 启动定时器。
4. 在事件循环中（如 epoll_wait），监控该 fd 的可读事件。
5. 当定时器到期时，fd 变为可读。读取该 fd（通常读取 8 字节）可以获取到期次数，并清除可读状态。
6. 可以再次调用 timerfd_settime 来修改或重启定时器。

#include <sys/timerfd.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>int main() {// 1. 创建 timerfdint tfd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, TFD_CLOEXEC);if (tfd == -1) {perror("timerfd_create");return 1;}// 2. 设置定时器：2秒后首次触发，之后每1秒触发一次struct itimerspec timer_spec;timer_spec.it_value.tv_sec = 2;   // 首次延迟 2 秒timer_spec.it_value.tv_nsec = 0;timer_spec.it_interval.tv_sec = 1; // 周期 1 秒timer_spec.it_interval.tv_nsec = 0;if (timerfd_settime(tfd, 0, &timer_spec, NULL) == -1) {perror("timerfd_settime");close(tfd);return 1;}// 3. 模拟事件循环（这里简化为直接 read）uint64_t expirations;while (1) {// read 会阻塞直到定时器到期ssize_t s = read(tfd, &expirations, sizeof(uint64_t));if (s != sizeof(uint64_t)) {// 处理错误break;}printf("Timer expired %lu times\n", expirations);}close(tfd);return 0;
}

setitimer()和timerfd的优缺点对比是什么？

setitimer()

优点：

1. 简单易用：API 简单，只需要设置 struct itimerval 并调用 setitimer()。
2. POSIX 标准：跨平台兼容性较好（在支持 POSIX 的系统上）。
3. 微秒级精度：支持微秒（μs）级别的定时精度。
4. 轻量级：不需要额外的系统调用或复杂的设置。

缺点：

1. 信号依赖：依赖信号（如 SIGALRM）进行通知，信号处理复杂且容易出错。
2. 异步信号安全限制：在信号处理函数中只能调用异步信号安全的函数（如 write()、sigprocmask()），不能调用 printf()、malloc() 等。
3. 单一定时器限制：每个进程只能有 三个 setitimer 定时器（ITIMER_REAL、ITIMER_VIRTUAL、ITIMER_PROF），无法创建多个独立定时器。
4. 难以集成 I/O 多路复用：信号不是文件描述符，无法直接用于 select()、poll()、epoll() 等事件循环。
5. 竞态条件：信号可能被阻塞或丢失，处理不当会导致定时不准或逻辑错误。

适用场景：简单的单一定时任务，如心跳检测、超时控制等。

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timerfd

优点：

1. 基于文件描述符：返回一个文件描述符（fd），可以无缝集成到 epoll、poll、select 等 I/O 多路复用机制中，非常适合事件驱动架构（如 Reactor 模式）。
2. 无信号干扰：不依赖信号，避免了信号处理的复杂性和安全问题。
3. 支持多个定时器：每个 timerfd_create() 调用创建一个独立的定时器，可创建多个并发定时器。
4. 高精度和灵活性：支持纳秒级精度（struct itimerspec），可设置绝对或相对时间，支持单次和周期性触发。
5. 线程安全：多个线程可以安全地读取 timerfd，适合多线程程序。
6. 可读性高：通过 read() 读取超时次数，逻辑清晰，易于调试。

缺点：

1. Linux 特有：timerfd 是 Linux 特有的系统调用，不具备跨平台性。
2. 稍微复杂：相比 setitimer()，需要更多的设置步骤（创建、设置时间、读取等）。
3. 需要处理读取：每次定时器到期后需要 read() 一次，否则可能会累积事件。

适用场景：高性能服务器、事件驱动程序、需要多个定时器的复杂应用。

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对比总结表

特性	setitimer()	timerfd
通知机制	信号（SIGALRM）	文件描述符（可 epoll）
定时器数量	最多 3 个	任意多个
精度	微秒级	纳秒级
跨平台性	POSIX 兼容	Linux 特有
I/O 多路复用集成	不支持	支持（epoll/poll/select）
信号安全问题	有	无
复杂度	简单	中等
适用场景	简单定时任务	高性能、事件驱动系统

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结论

• 如果你写的是 简单的脚本或工具，且只需要一个定时器，setitimer() 足够用。
• 如果你写的是 高性能服务器、网络程序或事件驱动框架（如 Redis、Nginx 风格），强烈推荐使用 timerfd，因为它更现代、更安全、更灵活。