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timerfd 是 Linux 内核提供的一种定时器机制，它通过文件描述符（file descriptor）来通知定时器超时事件，因此可以很方便地融入 select、poll、epoll 等 I/O 多路复用机制中，实现高效的定时事件处理。

核心 timerfd API 简介

timerfd 主要涉及三个系统调用：

1. timerfd_create：创建一个新的定时器对象，并返回对应的文件描述符。

2. timerfd_settime：启动、停止或设置定时器。

3. timerfd_gettime：获取定时器的当前设置（可选）。

使用 timerfd 的基本步骤

使用 timerfd 创建和运行一个周期性定时器，通常遵循以下步骤：

1. 创建定时器 (timerfd_create):

   使用 timerfd_create 函数创建定时器文件描述符。你需要指定时钟源：

   • CLOCK_REALTIME：系统实时时间，可能会因系统时间调整（如 NTP 同步）而受到影响。

   • CLOCK_MONOTONIC：单调递增的时间，从系统启动开始计算，不受系统时间更改的影响，更适合间隔定时。
     flags 参数可以设置为 TFD_NONBLOCK（非阻塞）或 TFD_CLOEXEC，通常可设为 0。

2. 设置定时器 (timerfd_settime):

   使用 timerfd_settime 函数设置定时器的首次超时时间和周期超时间隔。你需要填充一个 itimerspec 结构体：

   struct itimerspec {struct timespec it_interval;  /* 周期性的超时间隔 */struct timespec it_value;     /* 首次超时时间 */
   };

   • 如果 it_interval 的 tv_sec 和 tv_nsec 都为 0，则定时器只触发一次。

   • 如果 it_value 为 0，则会停止定时器。
     flags 参数可以是 0（相对时间）或 TFD_TIMER_ABSTIME（绝对时间）。

3. 等待并处理超时事件:
   定时器超时后，其文件描述符会变得可读。你需要使用 read 操作从该文件描述符中读取一个 uint64_t 类型的值，该值表示自上次读取后累积的超时次数。
   非常重要：务必在超时后读取该文件描述符，否则后续的超时事件可能无法正常触发（在水平触发模式下，会一直提示可读）。
   你可以使用 read 阻塞等待，或者更常见的，将 timerfd 加入到 select、poll、epoll 等 I/O 多路复用的监听集合中，与其他 I/O 事件一起处理。

4. 关闭定时器:
   当不再需要定时器时，使用 close 函数关闭文件描述符，释放资源。

普通例程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/timerfd.h>
#include <stdint.h> // 用于 uint64_t
#include <inttypes.h>int main() {// 1. 创建 timerfd，使用单调递增时钟int timer_fd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, 0);if (timer_fd == -1) {perror("timerfd_create");exit(EXIT_FAILURE);}// 2. 设置定时器：首次 1 秒后超时，之后每秒超时一次struct itimerspec new_value;new_value.it_value.tv_sec = 1;   // 首次超时：1 秒new_value.it_value.tv_nsec = 0;new_value.it_interval.tv_sec = 1; // 超时间隔：1 秒new_value.it_interval.tv_nsec = 0;if (timerfd_settime(timer_fd, 0, &new_value, NULL) == -1) {perror("timerfd_settime");close(timer_fd);exit(EXIT_FAILURE);}printf("定时器已启动，每秒触发一次...\n");// 3. 循环读取超时事件uint64_t expirations;ssize_t s;while (1) {// read 会阻塞，直到定时器超时s = read(timer_fd, &expirations, sizeof(expirations));if (s != sizeof(expirations)) {perror("read");close(timer_fd);exit(EXIT_FAILURE);}printf("定时器超时次数: %" PRIu64 "\n", expirations);// 在这里执行你的定时任务...}// 4. 关闭 (通常不会执行到这里)close(timer_fd);return 0;
}

应用库

#include <iostream>
#include <functional>
#include <sys/timerfd.h>
#include <unistd.h>
#include <inttypes.h>
#include <thread>
#include <chrono>class TimerFdWrapper
{
public:TimerFdWrapper(int interval, const std::function<void()> &func): interval(interval), func(func), running(false) {}~TimerFdWrapper(){stop();}void start(){if (running)return;running = true;timerThread = std::thread(&TimerFdWrapper::timerLoop, this);}void stop(){if (!running)return;running = false;if (timerThread.joinable())timerThread.join();}
private:int interval;std::function<void()> func;std::thread timerThread;bool running;int initTimerFd(){int fd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, 0);if (fd == -1){perror("timerfd_create");return -1;}struct itimerspec its;its.it_value.tv_sec = 0;its.it_value.tv_nsec = interval * 1000000;its.it_interval.tv_sec = 0;its.it_interval.tv_nsec = interval * 1000000;if (timerfd_settime(fd, 0, &its, NULL) == -1){perror("timerfd_settime");close(fd);return -1;}return fd;}void timerLoop(){int fd = initTimerFd();if (fd == -1)return;// 尝试设置新的高优先级,值越大优先级越高（1-99）struct sched_param param;param.sched_priority = 10;pthread_setschedparam(pthread_self(), SCHED_FIFO, &param);uint64_t expirations;while (running){if (read(fd, &expirations, sizeof(expirations)) != sizeof(expirations)){perror("read");break;}// printf("expirations = %d\r\n", expirations);for (uint64_t i = 0; i < expirations; ++i)func();}close(fd);}
};