### Linux定时器实现详解
#### 一、引言
在Linux系统中，定时器是用于实现时间相关的功能的重要工具之一。无论是系统级别的任务调度还是应用程序中的延时操作，都需要依赖于定时器机制来准确地控制执行时间。本文将详细介绍Linux定时器的相关知识点，包括其基本原理、核心函数介绍及其实现细节。
#### 二、定时器的基本概念
定时器（Timer）是一种能够按照预设的时间间隔执行特定任务或动作的软件机制。在Linux环境下，定时器被广泛应用于各种场景中，如进程调度、网络协议栈维护、设备驱动处理等。
#### 三、Linux定时器类型
Linux系统支持多种类型的定时器，主要包括以下几种：
1. **实时定时器** (Real-time Timer)：这种类型的定时器通常与实际时间挂钩，当设定的时间到达后触发相应的回调函数。
2. **虚拟定时器** (Virtual Timer)：虚拟定时器关注的是进程占用CPU的时间而非实际时间，主要用于限制进程的CPU使用时间。
3. **剖面定时器** (Profile Timer)：用于统计进程的执行情况，包括用户态执行时间和内核态执行时间。
#### 四、关键函数：`setitimer`
在2.4版本的Linux内核中，并没有提供POSIX定时器的支持。因此，在该版本中，开发者需要通过自定义的方式来实现定时器的功能。`setitimer`函数是一个非常重要的接口，用于设置定时器的触发条件。
- **函数原型**:
```c
#include <sys/time.h>
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
```
- **参数说明**:
- `which`: 定义了要设置的定时器类型，可选值包括：
- `ITIMER_REAL`: 实时定时器，到达指定时间后向进程发送`SIGALRM`信号。
- `ITIMER_VIRTUAL`: 虚拟定时器，根据进程占用CPU时间来触发定时器。
- `ITIMER_PROF`: 剖面定时器，根据进程的用户态执行时间和内核态执行时间来触发定时器。
- `new_value`: 新的定时器设置值。
- `old_value`: 旧的定时器设置值，如果这个参数为非空指针，则在设置新值前会返回当前的定时器设置值。
- **结构体`itimerval`**:
```c
struct itimerval {
struct timeval it_interval; /* next value */
struct timeval it_value; /* current value */
};
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
```
- **功能描述**:
- 设置定时器的触发间隔(`it_interval`)和初始延迟时间(`it_value`)。
- 当`it_interval`设置为0时，定时器只触发一次(Single-Shot Timer)；如果`it_interval`不为0，则定时器会周期性地触发(Repeating Timer)。
- `setitimer`可以同时设置多个定时器，通过`which`参数指定不同的定时器类型。
#### 五、实现细节
在实现上，Linux定时器的管理主要依靠定时器链表来组织。每个定时器都有一个`timer_id`标识，并且包含了一个指向定时器链表的指针(`LIST_ENTRY`)，以及一个指向到期时要调用的回调函数(`timer_expiry`)。
```c
typedef int timer_id;
/**
* The type of callback function to be called by the timer scheduler when a timer has expired.
*
* @param id The timer id.
* @param user_data The user data.
* @param len The length of user data.
*/
typedef int timer_expiry(timer_id id, void* user_data, int len);
/**
* The structure of a timer
*/
struct timer {
LIST_ENTRY(timer) entries; /**< list entry */
timer_id id; /**< timer id */
int interval; /**< timer interval (second) */
int elapsed; /**< elapsed time */
timer_expiry* cb; /**< callback if expiry */
};
```
- **定时器链表** (`LIST_ENTRY`): 用于将定时器插入到定时器链表中，从而实现对定时器的统一管理和调度。
- **定时器ID** (`timer_id`): 每个定时器都有唯一的ID，用于识别不同的定时器。
- **定时器间隔** (`interval`): 定时器触发的时间间隔，单位为秒。
- **已过时间** (`elapsed`): 已经过的时间，用于计算定时器是否已经到期。
- **回调函数** (`cb`): 定时器到期后调用的回调函数，可以执行用户自定义的操作。
#### 六、总结
通过上述内容我们可以了解到，Linux定时器是系统级编程中的一个重要组成部分，它不仅可以帮助开发者实现精确的时间控制，还能优化程序的性能。了解并掌握Linux定时器的工作原理和实现方法对于从事操作系统开发和系统编程的人来说是非常有必要的。希望本文能为大家深入学习Linux定时器提供一定的参考和帮助。
ch2618551782013-01-14很有用，谢谢了啊
