1参考资料

Ø 《Linux系统编程》第“10.9

定时器”章节

2 概要

要在linux中使用定时器，有如下三种方法：

定时器方式

一个进程允许

使用的数量

通知方式

简单的闹钟 - alarm

1个

Ø 信号：

SIGALRM

间歇定时器 - setitimer

1个

Ø 信号：

SIGALRM、SIGVTALRM、SIGPROF

高级定时器 - timer_create

无限制

Ø 信号：

可以自己选择用什么信号

Ø 启动线程

就不会产生信号，可以避免慢系统调用被信号中断的问题

3 alarm

alarm()是最简单的定时器接口，对该函数的调用会在真实时间(real

time)seconds秒之后将SIGALRM信号发给调用进程。它不能自动重启(即定时器到后要再次定时，需要再调用一次alarm)。

4 setitimer

间歇定时器setitimer系统调用，他可以提供比alarm()更多的控制。它能够自动重启。

linux 为每一个进程提供了 3 个 setitimer 间隔计时器：

Ø ITIMER_REAL：减少实际时间，到期的时候发出 SIGALRM 信号。

Ø ITIMER_VIRTUAL：减少有效时间 (进程执行的时间)，产生 SIGVTALRM

信号。

Ø ITIMER_PROF：减少进程的有效时间和系统时间

(为进程调度用的时间)。这个经常和上面一个使用用来计算系统内核时间和用户时间。产生 SIGPROF 信号。

所谓 REAL 时间，即我们人类自然感受的时间，英文计算机文档中也经常使用 wall-clock

这个术语。说白了就是我们通常所说的时间，比如现在是下午 5 点 10 分，那么一分钟的 REAL 时间之后就是下午 5 点 11

分。

VIRTUAL 时间是进程执行的时间，Linux 是一个多用户多任务系统，在过去的 1 分钟内，指定进程实际在 CPU

上的执行时间往往并没有 1 分钟，因为其他进程会被 Linux

调度执行，在那些时间内，虽然自然时间在流逝，但指定进程并没有真正的运行。VIRTUAL 时间就是指定进程真正的有效执行时间。比如 5

点 10 分开始的 1 分钟内，进程 P1 被 Linux 调度并占用 CPU 的执行时间为 30 秒，那么 VIRTUAL

时间对于进程 P1 来讲就是 30 秒。此时自然时间已经到了 5 点 11 分，但从进程 P1 的眼中看来，时间只过了 30

秒。

PROF 时间比较独特，对进程 P1 来说从 5 点 10 分开始的 1 分钟内，虽然自己的执行时间为 30 秒，但实际上还有 10

秒钟内核是在执行 P1 发起的系统调用，那么这 10 秒钟也被加入到 PROF

时间。这种时间定义主要用于全面衡量进程的性能，因为在统计程序性能的时候，10 秒的系统调用时间也应该算到 P1 的头上。这也许就是

PROF 这个名字的来历吧。

5 POSIX Timer

间隔定时器 setitimer 有一些重要的缺点，POSIX Timer 对 setitimer 进行了增强，克服了

setitimer 的诸多问题：

Ø 首先，一个进程同一时刻只能有一个 timer。假如应用需要同时维护多个 Interval

不同的计时器，必须自己写代码来维护。这非常不方便。使用 POSIX Timer，一个进程可以创建任意多个 Timer。

Ø setitmer 计时器时间到达时，只能使用信号方式通知使用 timer 的进程，而

POSIX timer 可以有多种通知方式，比如信号，或者启动线程。

Ø 使用 setitimer 时，通知信号的类别不能改变：SIGALARM，SIGPROF

等，而这些都是传统信号，而不是实时信号，因此有 timer overrun 的问题；而 POSIX Timer

则可以使用实时信号。

备注：通过kill –l可以查看系统支持的所有信号列表。编号为1 ~

31的信号为传统UNIX支持的信号，是不可靠信号(非实时的)，编号为32 ~

63的信号是后来扩充的，称做可靠信号(实时信号)。不可靠信号和可靠信号的区别在于前者不支持排队，可能会造成信号丢失，而后者不会。

Ø setimer 的精度是 ms，POSIX Timer

是针对有实时要求的应用所设计的，接口支持 ns 级别的时钟精度。

表 2. POSIX Timer 函数

函数名

功能描述

timer_create

创建一个新的 Timer；并且指定定时器到时通知机制

timer_delete

删除一个 Timer

timer_gettime

Get the time remaining on a

POSIX.1b interval timer

timer_settime

开始或者停止某个定时器。

timer_getoverrun

获取丢失的定时通知个数。

使用 Posix Timer 的基本流程很简单，首先创建一个 Timer。创建的时候可以指定该 Timer 的一些特性，比如

clock ID。clock ID 即 Timer 的种类，可以为下表中的任意一种：

表 3. POSIX Timer clock ID

Clock ID

描述

CLOCK_REALTIME

Settable system-wide

real-time clock；

CLOCK_MONOTONIC

Nonsettable monotonic

clock

CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID

Per-process CPU-time

clock

CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID

Per-thread CPU-time clock

Ø CLOCK_REALTIME 时间是系统保存的时间，即可以由 date

命令显示的时间，该时间可以重新设置。比如当前时间为上午 10 点 10 分，Timer 打算在 10 分钟后到时。假如 5

分钟后，我用 date 命令修改当前时间为 10 点 10 分，那么 Timer 还会再等十分钟到期，因此实际上 Timer 等待了

15 分钟。假如您希望无论任何人如何修改系统时间，Timer 都严格按照 10

分钟的周期进行触发，那么就可以使用CLOCK_MONOTONIC。

Ø CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID 的含义与 setitimer 的

ITIMER_VIRTUAL 类似。计时器只记录当前进程所实际花费的时间；比如还是上面的例子，假设系统非常繁忙，当前进程只能获得

50%的 CPU 时间，为了让进程真正地运行 10 分钟，应该到 10 点 30 分才允许 Timer 到期。

Ø CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID

以线程为计时实体，当前进程中的某个线程真正地运行了一定时间才触发 Timer。

设置到期通知方式

timer_create 的第二个参数 struct sigevent 用来设置定时器到时时的通知方式。该数据结构如下：

清单 10，结构sigevent

structsigevent {

intsigev_notify;

intsigev_signo;

unionsigval sigev_value;

void(*sigev_notify_function) (unionsigval);

void*sigev_notify_attributes;

pid_t sigev_notify_thread_id;

};

其中sigev_notify表示通知方式，有如下几种：

表 3. POSIX Timer 到期通知方式

通知方式

描述

SIGEV_NONE

定时器到期时不产生通知。。。

SIGEV_SIGNAL

定时器到期时将给进程投递一个信号，sigev_signo 可以用来指定使用什么信号。

SIGEV_THREAD

定时器到期时将启动新的线程进行需要的处理

SIGEV_THREAD_ID(仅针对 Linux)

定时器到期时将向指定线程发送信号。

Ø 如果采用 SIGEV_NONE 方式，使用者必须调用timer_gettime

函数主动读取定时器已经走过的时间。类似轮询。

Ø 如果采用 SIGEV_SIGNAL 方式，使用者可以选择使用什么信号，用

sigev_signo 表示信号值，比如 SIG_ALARM。

Ø 如果使用 SIGEV_THREAD 方式，则需要设置

sigev_notify_function，当 Timer 到期时，将使用该函数作为入口启动一个线程来处理信号；sigev_value

保存了传入 sigev_notify_function 的参数。sigev_notify_attributes

如果非空，则应该是一个指向 pthread_attr_t 的指针，用来设置线程的属性(比如 stack 大小,detach

状态等)。

Ø SIGEV_THREAD_ID 通常和 SIGEV_SIGNAL 联合使用，这样当 Timer

到期时，系统会向由 sigev_notify_thread_id

指定的线程发送信号，否则可能进程中的任意线程都可能收到该信号。这个选项是 Linux 对 POSIX 标准的扩展，目前主要是

GLibc 在实现 SIGEV_THREAD 的时候使用到，应用程序很少会需要用到这种模式。