Linux C定时器，如何实现精确延时与周期任务？

sleep / usleep (最简单，但不精确)

这是最简单、最直接的定时方法，适用于对精度要求不高的场景。

• sleep(unsigned int seconds): 暂停执行指定的秒数。
• int usleep(useconds_t usec): 暂停执行指定的微秒数 (1秒 = 1,000,000微秒)。

特点:

• 优点: 非常简单，易于使用。
• 缺点:
  • 不精确: sleep 会阻塞整个进程，直到时间结束，如果进程在 sleep 期间被信号中断，它会提前返回。usleep 也是阻塞式的，并且在现代 Linux 系统中已被标记为过时（deprecated）。
  • 功能单一: 只能实现一次性延迟，不能周期性执行。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h> // for sleep()
int main() {
    printf("程序开始，准备休眠5秒...\n");
    sleep(5); // 阻塞5秒
    printf("5秒已过，程序继续运行，\n");
    printf("准备休眠100毫秒 (100,000微秒)...\n");
    // 注意: usleep在较新的系统上可能不可用，且不推荐使用
    usleep(100000); 
    printf("100毫秒已过，\n");
    return 0;
}

alarm + signal (信号驱动，一次性)

这种方法使用信号机制,它允许你设置一个定时器，当时间到达时，内核会向你的进程发送一个 SIGALRM 信号，你需要定义一个信号处理函数来响应这个信号。

特点:

• 优点: 相比 sleep，这是一种非阻塞式的（在信号处理函数执行前），可以让你在等待定时器期间执行其他任务。
• 缺点:
  • 一次性: alarm 只能设置一次，每次只能有一个 SIGALRM 在等待，你需要重新调用 alarm 来实现周期性。
  • 全局状态: 信号处理函数的设计有诸多限制（在信号处理函数中应尽量只调用异步信号安全的函数，如 write, _exit，避免使用 printf, malloc 等），容易引入 bug。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <signal.h> // for signal(), SIGALRM
#include <unistd.h> // for alarm()
// 信号处理函数
void alarm_handler(int signum) {
    printf("收到 SIGALRM 信号！定时器时间到，\n");
}
int main() {
    // 注册 SIGALRM 信号的处理器
    signal(SIGALRM, alarm_handler);
    printf("程序开始，设置一个3秒的定时器，\n");
    alarm(3); // 3秒后发送 SIGALRM 信号
    // 主线程可以在这里做其他事情，而不是被阻塞
    // 我们用一个简单的循环来模拟
    while(1) {
        printf("主线程正在运行...\n");
        sleep(1);
    }
    // alarm(0); // 可以取消之前的定时器
    return 0;
}

setitimer (功能强大，推荐)

这是最常用、最灵活、最可靠的定时器方法，是 alarm 的超集，它可以设置三种不同的定时器：

1. ITIMER_REAL: 以真实时间计时，时间到发送 SIGALRM 信号。
2. ITIMER_VIRTUAL: 以进程在用户态下运行的时间计时，时间到发送 SIGVTALRM 信号。
3. ITIMER_PROF: 以进程在用户态和内核态下运行的总时间计时，时间到发送 SIGPROF 信号。

setitimer 可以实现一次性和周期性定时，并且可以获取剩余时间。

特点:

• 优点:
  • 高精度: 比前两种方法更精确。
  • 功能强大: 支持一次性、周期性定时。
  • 灵活性: 提供三种不同的时间基准。
  • 非阻塞: 和 alarm 一样，通过信号机制工作，不会阻塞主线程。
• 缺点:
  • 同样需要处理信号,有信号处理函数的限制。
  • API 比 sleep 复杂一些。

数据结构: struct itimerval 用于定义定时器的参数：

struct itimerval {
    struct timeval it_interval; // 定时器周期性重复的时间间隔
    struct timeval it_value;   // 第一次触发的时间倒计时
};
struct timeval {
    long tv_sec;  // 秒
    long tv_usec; // 微秒
};

示例代码 (周期性定时器): 这个例子演示了如何每2秒打印一次 "定时器触发！"，同时主线程不受影响，持续打印自己的信息。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>   // for signal(), SIGALRM
#include <unistd.h>   // for getpid()
#include <sys/time.h> // for setitimer(), struct itimerval
// 全局变量，用于计数
int timer_count = 0;
// 信号处理函数
void timer_handler(int signum) {
    timer_count++;
    printf("定时器触发！这是第 %d 次，\n", timer_count);
}
int main() {
    // 注册 SIGALRM 信号的处理器
    signal(SIGALRM, timer_handler);
    // 初始化 itimerval 结构体
    struct itimerval timer;
    // 设置第一次触发的时间为2秒
    timer.it_value.tv_sec = 2;
    timer.it_value.tv_usec = 0;
    // 设置之后每次重复的时间间隔为2秒 (周期性)
    timer.it_interval.tv_sec = 2;
    timer.it_interval.tv_usec = 0;
    // 启动定时器
    // ITIMER_REAL: 使用真实时间，触发 SIGALRM
    if (setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL) == -1) {
        perror("setitimer");
        return 1;
    }
    printf("定时器已启动，进程ID: %d\n", getpid());
    printf("主线程开始运行...\n");
    // 主线程可以执行其他任务，不会被定时器阻塞
    while(1) {
        sleep(1); // 模拟主线程工作
        printf("主线程正在运行...\n");
    }
    return 0;
}

总结与对比

如何选择？

• 如果你只是想让程序“等一下”，并且不关心等待期间是否还能做别的事，用 sleep 最简单。
• 如果你需要响应一个一次性的事件，并且希望程序在等待时能做点别的事，可以用 alarm。
• 如果你需要高精度的定时，或者需要周期性地执行某个任务，毫无疑问，应该使用 setitimer，它是 Linux 下功能最全面的定时器解决方案。

对于大多数需要定时器的应用场景,setitimer 是最佳选择。