有时我们需要定时完成一些任务。简单的方法是使用 while 循环加 sleep。比如每隔 1 分钟检查链接情况的 heartbeat 任务等。比如：

while(condtion)
{
 //do something
 sleep(interval);
}

这可以满足很多程序的定时需要，但假如您不希望程序“偷懒”，即上例中 sleep 的时候您还是希望程序做些有用的工作，那么使用定时器是通常的选择。Linux 系统上最常用的定时器是 setitmer 计时器。

setitimer

Linux 系统为每个进程提供三个间隔计时器，每个计时器在不同的时间域递减。当任何计时器
到期时，向进程发送一个信号，然后计时器(可能)重新启动。

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

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，比如现在是中午12 点 10 分，那么一分钟的 REAL 时间之后就是中午 12点 11 分。

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

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。

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。

PROF 时间比较独特，对进程 P1 来说从 12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。

setitimer Timer 需要的API

#include <sys/time.h>

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

计时器值由以下结构定义：

struct itimerval {
    struct timeval it_interval; /* next value */
    struct timeval it_value;    /* current value */
};

struct timeval {
    time_t      tv_sec;         /* seconds */
    suseconds_t tv_usec;        /* microseconds */
};

setitimer() 以 new_value 设置特定的定时器，如果 old_value 非空，则它返回 which 类型时间间隔定时器的前一个值。定时器从 it_value 递减到零，然后产生一个信号，并重新设置为 it_interval，如果此时 it_interval 为零，则该定时器停止。任何时候，只要 it_value 设置为零，该定时器就会停止。

getitimer 函数得到间隔计时器的时间值，保存在 value 中。

来看看下面的例子。

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <time.h> 


//简单打印信息，定时器触发函数
void print_info(int signo){
    printf("timer fired\n");
}

void init_sigaction(){
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = print_info;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask); 
    sigaction(SIGPROF,&act,NULL); //设置信号 SIGPROF 的处理函数为 print_info

}


void init_time() { 
    struct itimerval value; 
    value.it_value.tv_sec=2; //定时器启动后，每隔2秒将执行相应的函数
    value.it_value.tv_usec=0; 
    value.it_interval=value.it_value; 
    setitimer(ITIMER_PROF,&value,NULL); //初始化 timer，到期发送 SIGPROF 信号
} 

int main(int argc ,char *argv[]){

    init_sigaction(); 
    init_time(); 
    while(1); 

    return 0;
}

这个程序使用 PROF 时间，每经过两秒 PROF 时间之后就会打印一下 timer fired 字符串。

需要指出：setitimer 计时器的精度为 ms，即 1000 分之 1 秒，足以满足绝大多数应用程序的需要。但多媒体等应用可能需要更高精度的定时，那么就需要考虑使用下一类定时器：POSIX Timer。

POSIX Timer

最强大的定时器接口来自POSIX时钟系列，其创建、初始化以及删除一个定时器的行动被分为三个不同的函数：timer_create()(创建定时器)、timer_settime()(初始化定时器)以及 timer_delete()(销毁它)。POSIX Timer 对 setitimer 进行了增强，克服了 setitimer 的诸多问题：

1、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。
2、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。
3、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。
4、 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。

POSIX Timer 函数

//创建一个定时器
int timer_create(clockid_t clock_id, struct sigevent *evp, timer_t *timerid)

进程可以通过调用 timer_create() 创建特定的定时器，定时器是每个进程自己的，不是在 fork 时继承的。

参数：

clock_id 说明定时器是基于哪个时钟的，*timerid 装载的是被创建的定时器的 ID。该函数创建了定时器，并将他的 ID 放入timerid指向的位置中。参数evp指定了定时器到期要产生的异步通知。

如果evp为 NULL，那么定时器到期会产生默认的信号，对 CLOCK_REALTIMER来说，默认信号就是SIGALRM。如果要产生除默认信号之外的其它信号，程序必须将 evp->sigev_signo设置为期望的信号码。

struct sigevent 结构中的成员 evp->sigev_notify说明了定时器到期时应该采取的行动。通常，这个成员的值为SIGEV_SIGNAL，这个值说明在定时器到期时，会产生一个信号。程序可以将成员 evp->sigev_notify设为SIGEV_NONE来防止定时器到期时产生信号。

clock_id取值为以下:

CLOCK_REALTIME :Systemwide realtime clock. //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。
CLOCK_MONOTONIC:Represents monotonic time. Cannot be set.
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID :High resolution per-process timer.  //CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID 的含义与 setitimer 的 ITIMER_VIRTUAL 类似。
CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID :Thread-specific timer.// 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。
CLOCK_REALTIME_HR :High resolution version of CLOCK_REALTIME. 
CLOCK_MONOTONIC_HR :High resolution version of CLOCK_MONOTONIC.

//启动一个定时器
int timer_settime(timer_t timerid, int flags, const struct itimerspec *value, struct itimerspect *ovalue);

struct itimespec{
    struct timespec it_interval; 
    struct timespec it_value;   
}; 

timer_create()所创建的定时器并未启动。要将它关联到一个到期时间以及启动时钟周期，可以使用timer_settime()。

如同settimer()，it_value用于指定当前的定时器到期时间。当定时器到期，it_value的值会被更新成it_interval 的值。如果it_interval的值为0，则定时器不是一个时间间隔定时器，一旦it_value到期就会回到未启动状态。timespec的结构提供了纳秒级分辨率：

struct timespec{
    time_t tv_sec;
    long tv_nsec;  
};

参数：

如果flags的值为TIMER_ABSTIME，则value所指定的时间值会被解读成绝对值(此值的默认的解读方式为相对于当前的时间)。这个经修改的行为可避免取得当前时间、计算“该时间”与“所期望的未来时间”的相对差额以及启动定时器期间造成竞争条件。 如果ovalue的值不是NULL，则之前的定时器到期时间会被存入其所提供的itimerspec。如果定时器之前处在未启动状态，则此结构的成员全都会被设定成0。

//获得一个活动定时器的剩余时间
int timer_gettime(timer_t timerid,struct itimerspec *value);

//取得一个定时器的超限运行次数
int timer_getoverrun(timer_t timerid);

有可能一个定时器到期了，而同一定时器上一次到期时产生的信号还处于挂起状态。在这种情况下，其中的一个信号可能会丢失。这就是定时器超限。程序可以通过调用timer_getoverrun来确定一个特定的定时器出现这种超限的次数。定时器超限只能发生在同一个定时器产生的信号上。由多个定时器，甚至是那些使用相同的时钟和信号的定时器，所产生的信号都会排队而不会丢失。

执行成功时，timer_getoverrun()会返回定时器初次到期与通知进程(例如通过信号)定时器已到期之间额外发生的定时器到期次数。

//删除一个定时器
int timer_delete (timer_t timerid);

一次成功的timer_delete()调用会销毁关联到timerid的定时器并且返回0。执行失败时，此调用会返回-1并将errno设定会 EINVAL，这个唯一的错误情况代表timerid不是一个有效的定时器。

POSIX Timer 到期通知方式

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。 

设置通知方式:

evp.sigev_value.sival_ptr = &timer;
evp.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
evp.sigev_notify_function = handle;
evp.sigev_value.sival_int = 3;   //作为handle()的参数
ret = timer_create(CLOCK_REALTIME, &evp, &timer);

这里将通知方式设为 SIGEV_THREAD，handle为入口函数。然后设置定时器间隔，并启动 Timer：

ts.it_interval.tv_sec = 1;
ts.it_interval.tv_nsec = 0;
ts.it_value.tv_sec = 3;
ts.it_value.tv_nsec = 0;
ret = timer_settime(timer, TIMER_ABSTIME, &ts, NULL);

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <time.h> 


void  handle(union sigval v){
    time_t t;
    char p[32];
    time(&t);
    strftime(p, sizeof(p), "%T", localtime(&t));
    printf("%s thread %lu, val = %d, signal captured.\n", p, pthread_self(), v.sival_int);
    return;
}

int main(int argc, char *argv[]){

    struct sigevent evp;
    struct itimerspec ts;
    timer_t timer;
    int ret;
    memset   (&evp, 0, sizeof(evp));
    evp.sigev_value.sival_ptr = &timer;
    evp.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
    evp.sigev_notify_function = handle;
    evp.sigev_value.sival_int = 3;   //作为handle()的参数
    ret = timer_create(CLOCK_REALTIME, &evp, &timer);
    if( ret){
        perror("timer_create");
    }
   
    ts.it_interval.tv_sec = 1;
    ts.it_interval.tv_nsec = 0;
    ts.it_value.tv_sec = 3;
    ts.it_value.tv_nsec = 0;
    ret = timer_settime(timer, TIMER_ABSTIME, &ts, NULL);
    if( ret )
    {
        perror("timer_settime");
    }

    while(1);

}

编译输出：

总结

使用定时器的目的无非是为了周期性的执行某一任务，或者是到了一个指定时间去执行某一个任务。本文讲述了 Linux 系统提供的大多数关于时间的编程方法。 但Linux 系统是如何实现这些机制是否十分好奇。但这得了解到一些硬件时钟设备的简单知识了。

参考：https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/1307_liuming_linuxtime1/index.html?ca=drs-

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