如何在Linux系统中有效使用定时函数？

Linux定时函数

Linux操作系统提供了多种定时函数，用于在不同的应用场景下实现定时任务，这些定时函数包括alarm()、setitimer()、clock_nanosleep()、nanosleep()以及timer_create()和timer_settime()等，本文将详细介绍这些定时函数的功能、使用方法及示例代码，并分析它们的优缺点。

alarm()函数

功能介绍

alarm()函数被称为闹钟函数，它可以在进程中设置一个定时器，当定时器指定的时间到达时，向进程发送SIGALRM信号。

函数原型

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

参数说明

seconds：指定的秒数，表示定时器的时长。

返回值

如果调用alarm()前，进程已经设置了闹钟时间，则返回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0，出错时返回-1。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void handle_sigalrm(int sig) {
    printf("Alarm signal received!
");
}
int main() {
    signal(SIGALRM, handle_sigalrm); // 设置信号处理函数
    alarm(5); // 设置定时器为5秒
    while (1) {
        pause(); // 暂停进程，等待信号
    }
    return 0;
}

优缺点分析

优点：

简单易用，适合短时间的定时任务。

缺点：

只能设置一个定时点，如果需要多次定时，需要重复调用alarm()。

精度不高，最小单位为秒。

setitimer()函数

功能介绍

setitimer()函数可以设置三种类型的定时器：实时定时器（ITIMER_REAL）、虚拟定时器（ITIMER_VIRTUAL）和概要定时器（ITIMER_PROF），每种定时器在超时时都会向进程发送相应的信号。

函数原型

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

参数说明

which：指定定时器类型，可以是ITIMER_REAL、ITIMER_VIRTUAL或ITIMER_PROF。

new_value：指向itimerval结构体的指针，包含定时器的初始值和间隔时间。

old_value：指向itimerval结构体的指针，用于保存旧的定时器值。

返回值

成功时返回0，失败时返回-1。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void handle_sigprof(int sig) {
    printf("Profile signal received!
");
}
int main() {
    struct itimerval itval;
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = handle_sigprof;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGPROF, &sa, NULL);
    itval.it_value.tv_sec = 2; // 初始时间为2秒
    itval.it_value.tv_usec = 0;
    itval.it_interval.tv_sec = 2; // 间隔时间为2秒
    itval.it_interval.tv_usec = 0;
    setitimer(ITIMER_PROF, &itval, NULL); // 设置概要定时器
    while (1) {
        pause(); // 暂停进程，等待信号
    }
    return 0;
}

优缺点分析

优点：

支持多种定时器类型，适用于不同的应用场景。

可以实现周期性定时。

缺点：

精度有限，最小单位为秒。

使用信号机制，可能会受到信号处理的限制。

nanosleep()函数

功能介绍

nanosleep()函数可以使进程睡眠指定的时间，支持秒和纳秒级别的精度。

函数原型

int nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem);

参数说明

req：指向timespec结构体的指针，包含请求的睡眠时间。

rem：指向timespec结构体的指针，用于保存剩余的睡眠时间（可选）。

返回值

成功时返回0，失败时返回-1。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <errno.h>
int main() {
    struct timespec ts;
    ts.tv_sec = 3; // 3秒
    ts.tv_nsec = 500000000; // 500毫秒
    while (nanosleep(&ts, &ts) == -1 && errno == EINTR) {
        continue; // 如果被中断，继续睡眠
    }
    printf("Woke up after 3.5 seconds
");
    return 0;
}

优缺点分析

优点：

高精度，支持纳秒级别的睡眠时间。

不会受到信号处理的影响，适用于精确的时间控制。

缺点：

阻塞调用，进程在睡眠期间无法执行其他任务。

timer_create()和timer_settime()函数

功能介绍

timer_create()和timer_settime()函数是POSIX标准定义的定时器接口，提供更高精度和灵活性的定时功能。timer_create()用于创建一个新定时器，timer_settime()用于启动和控制定时器。

函数原型

int timer_create(clockid_t clockid, struct sigevent *sevp, timer_t *timerid);
int timer_settime(timer_t timerid, int flags, const struct itimerspec *new_value, struct itimerspec *old_value);

参数说明

timer_create()：

clockid：时钟ID，通常是CLOCK_REALTIME。

sevp：指向sigevent结构体的指针，定义了定时器的回调机制。

timerid：指向定时器ID的指针。

timer_settime()：

timerid：定时器ID。

flags：控制标志，通常为0。

new_value：指向itimerspec结构体的指针，包含定时器的初始值和间隔时间。

old_value：指向itimerspec结构体的指针，用于保存旧的定时器值。

返回值

成功时返回0，失败时返回-1。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void handle_signal(int sig, siginfo_t *si, void *uc) {
    printf("Timer signal received!
");
}
int main() {
    struct sigevent sev;
    timer_t timerid;
    struct itimerspec its;
    struct sigaction sa;
    sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
    sa.sa_sigaction = handle_signal;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sigaction(SIGRTMIN, &sa, NULL); // SIGRTMIN为实时信号，范围为SIGRTMIN到SIGRTMAX
    sev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
    sev.sigev_signo = SIGRTMIN;
    sev.sigev_value.sival_ptr = &timerid;
    if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timerid) == -1) {
        perror("timer_create");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    its.it_value.tv_sec = 1; // 初始时间为1秒
    its.it_value.tv_nsec = 0;
    its.it_interval.tv_sec = 0; // 不重复
    its.it_interval.tv_nsec = 0;
    if (timer_settime(timerid, 0, &its, NULL) == -1) {
        perror("timer_settime");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    while (1) {
        pause(); // 暂停进程，等待信号
    }
    return 0;
}

优缺点分析

优点：

高精度，支持纳秒级别的定时。

灵活，可以通过信号或线程回调机制处理定时事件。

适用于复杂的定时任务。

缺点：

使用较为复杂，需要处理信号和定时器ID。

依赖于POSIX标准，可能在某些非POSIX兼容的系统上不可用。

归纳与对比分析表

函数名称	功能描述	精度	是否阻塞	使用场景	优缺点
alarm()	设置一次性定时器，发送SIGALRM信号	秒级	非阻塞	简单定时任务	简单易用，但只能设置一个定时点，精度有限
setitimer()	设置多种类型的定时器，发送相应信号	秒级	非阻塞	多种定时需求	支持多种定时器类型，可实现周期性定时，但精度有限
nanosleep()	使进程睡眠指定的时间	纳秒级	阻塞	高精度延时	高精度，不会受到信号处理的影响，但阻塞调用，进程在睡眠期间无法执行其他任务
timer_create()和timer_settime()	创建和控制高精度定时器，通过信号或线程回调处理定时事件	纳秒级	非阻塞	复杂定时任务	高精度，灵活，适用于复杂的定时任务，但使用较为复杂

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