关于Linux应用层的定时器

1.什么是定时器

定时器，顾名思义就是用来定时的，通俗的可以将其看作一个闹钟。在Linux应用编程层上，当需要实现下列几种功能时，可考虑使用定时器。

• 1.周期性执行某一项任务；
• 2.在指定时间去执行某一项任务；

2.为什么使用定时器

当有上诉功能需要实现时，不使用定时器的情况下，可使用gettimeofday、difftime 等自己来计算时间间隔（使用系统时基），然后时间到了就执行某一任务，但是这种方法效率低，一般不推荐；

3.如何使用定时器

在学习如何使用定时器之前，我们先来了解下在Linux应用层上有哪些定时器可供使用，各有何优缺点。

一、具有定时功能的库函数API接口：

1.sleep()
2.usleep()
3.nanosleep()
4.alarm()

sleep和usleep，Linux并没有提供系统调用，他们都是在库函数中实现的；是通过调用alarm()来设定报警时间，调用sigsuspend()将进程挂起在信号SIGALARM上。（如果不忽略或不捕捉该信号，该进程会被终止？？？）sleep精度是1秒，usleep精度是1微妙；使用这种方法缺点比较明显，在Linux系统中，sleep类函数不能保证精度，尤其在系统负载比较大时，一般都会有超时现象。
nanosleep()则是Linux中的系统调用，它是使用定时器来实现的，该调用使调用进程睡眠；
alarm()也是通过定时器实现的，其精度只精确到秒级，它设置的定时器执行函数是在指定时间向当前进程发送SIGALRM信号；

二、进程间隔定时器itimer

所谓“间隔定时器（Interval Timer，简称itimer）就是指定时器采用“间隔”值（interval）来作为计时方式，当定时器启动后，间隔值interval将不断减小。当interval值减到0时，我们就说该间隔定时器到期。
间隔定时器主要被应用在用户进程上。每个Linux进程都有三个相互关联的间隔定时器:

• 真实间隔定时器（ITIMER_REAL-以系统真实的时间计算）：这种间隔定时器在启动后，不管进程是否运行，每个时钟滴答都将其间隔计数器减1。当减到0值时，内核向进程发送SIGALRM信号。
• 虚拟间隔定时器（ITIMER_VIRT-以该进程在用户态下花费的时间来计算）：也称为进程的用户态间隔定时器。当虚拟间隔定时器启动后，只有当进程在用户态下运行时，一次时钟滴答才能使间隔计数器当前值it_virt_value减1。当减到0值时，内核向进程发送SIGVTALRM信号（虚拟闹钟信号），并将it_virt_value重置为初值it_virt_incr。
• PROF间隔定时器（ITIMER_PROF-以该进程在用户态下和内核态下所费的时间来计算）：当一个进程的PROF间隔定时器启动后，则只要该进程处于运行中，而不管是在用户态或核心态下执行，每个时钟滴答都使间隔计数器it_prof_value值减1。当减到0值时，内核向进程发送SIGPROF信号，并将it_prof_value重置为初值it_prof_incr。

三、POSIX定时器

POSIX定时器的是为了解决间隔定时器itimer的以下问题：

• 一个进程同一时刻只能有一个同一种类型(ITIMER_REAL, ITIMER_PROF, ITIMER_VIRT)的itimer。POSIX定时器在一个进程中可以创建任意多个timer。
• itimer定时器到期后，只能通过信号(SIGALRM,SIGVTALRM,SIGPROF)的方式通知进程，POSIX定时器到期后不仅可以通过信号进行通知，还可以使用自定义信号，还可以通过启动一个线程来进行通知。
• itimer支持us级别，POSIX定时器支持ns级别。

号称最强大的定时器接口来自POSIX时钟系列。

四、自定义定时器实现

使用select()
使用gettimeofday、difftime

需要注意，当系统中的一个模块需要频繁的获取系统时间，使用linux中内置的函数开销过大，使用gettimeofday做定时器的弊端也就呈现。

4.总结

在业务项目中，对于系统提供的定时器API往往很难满足我们的需求：
函数alarm本质上设置的是低精确、非重载的ITIMER_REAL类定时器，它只能精确到秒，并且每次设置只能产生一次定时。函数setitimer 设置的定时器则不同，它们不但可以计时到微妙（理论上），还能自动循环定时。在一个Unix进程中，不能同时使用alarm和ITIMER_REAL类定时器。

itimer在进程中每种timer类型(ITIMER_REAL, ITIMER_PROF, ITIMER_VIRT)只能使用一个，另外一点就是他是基于signal进行超时提醒，不仅和alarm，sleep这些api冲突，而且在业务代码中signal是个很不可控的机制，尽量减少使用。

POSIX定时器在itimer基础上进行了很大的改进，解决了itimer的不足，可以说POSIX定时器可以满足了业务很多的需求。

下一节，我们将具体介绍POSIX定时器。