一文读懂 Linux 定时器实现

一、引言

Linux 系统中的定时器是实现任务按计划执行的重要机制。定时器可以用来在特定时间执行一次性的任务，也可以用来周期性地执行重复的任务。本文将详细介绍 Linux 定时器的实现原理和使用方法。

二、Linux 定时器概述

Linux 系统中重点有两种类型的定时器：系统定时器和用户定时器。

• 系统定时器：由内核维护，通常用于系统级别的任务调度，如硬件时钟中断。
• 用户定时器：由用户空间程序创建，用于执行用户定义的任务。

三、系统定时器实现

系统定时器重点依存于硬件时钟中断。硬件时钟（如系统时钟芯片）会产生周期性的时钟中断，内核通过捕获这些中断来维护系统时间，并实现系统定时器。

    // 示例：Linux 内核中处理时钟中断的伪代码
    void clock_interrupt_handler() {
        increment_system_time();
        schedule_timer_tasks();
    }
    

四、用户定时器实现

用户定时器重点依存于 POSIX 实时扩展（POSIX RT Signals）和定时器 API。以下是一些常用的用户定时器实现方法：

• POSIX RT Signals：使用信号（如SIGALRM）来创建一次性定时器。
• 定时器 API：使用 POSIX 定时器（如 timer_create、timer_settime 等）来创建周期性或一次性定时器。

五、POSIX RT Signals 定时器实现

以下是一个使用 POSIX RT Signals 创建一次性定时器的示例代码：

    #include <signal.h>
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    void alarm_handler(int signum) {
        printf("Timer expired! ");
    }
    int main() {
        struct sigaction sa;
        sa.sa_handler = alarm_handler;
        sigemptyset(&sa.sa_mask);
        sa.sa_flags = 0;
        if (sigaction(SIGALRM, &sa, NULL) == -1) {
            perror("sigaction");
            return 1;
        }
        alarm(5); // 设置定时器，5秒后触发
        while (1) {
            pause(); // 等待信号
        }
        return 0;
    }
    

六、定时器 API 定时器实现

以下是一个使用 POSIX 定时器 API 创建周期性定时器的示例代码：

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <time.h>
    #include <unistd.h>
    void timer_handler(int sig, siginfo_t *si, void *uap) {
        printf("Timer expired! ");
    }
    int main() {
        struct sigaction sa;
        struct itimerspec its;
        struct timespec ts;
        int timerid;
        sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
        sa.sa_sigaction = timer_handler;
        sigemptyset(&sa.sa_mask);
        if (sigaction(SIGALRM, &sa, NULL) == -1) {
            perror("sigaction");
            return 1;
        }
        ts.tv_sec = 1; // 设置定时器，1秒后触发
        ts.tv_nsec = 0;
        its.it_value = ts;
        its.it_interval = ts;
        if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &sa, &timerid) == -1) {
            perror("timer_create");
            return 1;
        }
        if (timer_settime(timerid, 0, &its, NULL) == -1) {
            perror("timer_settime");
            return 1;
        }
        pause(); // 等待信号
        if (timer_delete(timerid) == -1) {
            perror("timer_delete");
            return 1;
        }
        return 0;
    }
    

七、总结

Linux 定时器

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