Linux 定时器：基本原理与使用指南

- - 一、Linux 定时器的基本原理
  - - 1.1 定时器的概念
    - 1.2 定时器的实现
  - 二、Linux 定时器的类型
  - - 2.1 软件定时器
    - - 2.1.1 内核定时器
      - 2.1.2 POSIX 定时器
    - 2.2 硬件定时器
  - 三、内核定时器的使用
  - - 3.1 内核定时器的基本结构
    - 3.2 初始化定时器
    - 3.3 启动和停止定时器
  - 四、POSIX 定时器的使用
  - - 4.1 POSIX 定时器的基本结构
    - 4.2 创建定时器
    - 4.3 设置定时器
    - 4.4 处理定时器信号
  - 五、总结

在Linux系统中，定时器是一种强大的工具，用于在特定时间或间隔执行任务。无论是简单的延迟执行，还是复杂的周期性任务，Linux提供了多种定时器机制来满足不同的需求。本文将详细介绍Linux定时器的基本原理、类型以及如何使用它们。

一、Linux 定时器的基本原理

1.1 定时器的概念

定时器是一种软件机制，允许程序在未来的某个时间点或以固定的时间间隔执行特定的任务。在Linux内核中，定时器通常与时钟中断（如时钟滴答）结合使用，以确保时间的准确性。

1.2 定时器的实现

Linux内核提供了多种定时器实现，包括：

软件定时器：由内核管理的定时器，通常基于时钟滴答（jiffies）。
硬件定时器：依赖于硬件计时器，如CPU的定时器寄存器。

二、Linux 定时器的类型

2.1 软件定时器

2.1.1 内核定时器

内核定时器是Linux内核中最常用的定时器类型。它们基于jiffies（内核时钟滴答计数），并由内核定时器子系统管理。内核定时器通常用于内核模块或驱动程序中。

2.1.2 POSIX 定时器

POSIX定时器是一种用户空间定时器，符合POSIX标准。它们提供了更灵活的定时器管理，支持单次和周期性定时器，并可以通过信号或共享内存与应用程序通信。

2.2 硬件定时器

硬件定时器依赖于CPU的硬件计时器，如x86架构中的APIC定时器。它们通常用于实时应用或需要高精度计时的场景。

三、内核定时器的使用

3.1 内核定时器的基本结构

内核定时器使用struct timer_list结构来表示。以下是该结构的基本成员：

struct timer_list {struct list_head entry;unsigned long expires;  // 定时器到期时间void (*function)(struct timer_list *);  // 定时器回调函数u32 flags;...
};

3.2 初始化定时器

使用内核定时器前，需要对其进行初始化。可以使用timer_setup函数来初始化定时器：

void timer_setup(struct timer_list *timer, void (*function)(struct timer_list *), unsigned int flags);

示例：

struct timer_list my_timer;void my_timer_callback(struct timer_list *timer) {printk(KERN_INFO "Timer expired!\n");
}void init_my_timer(void) {timer_setup(&my_timer, my_timer_callback, 0);my_timer.expires = jiffies + msecs_to_jiffies(1000);  // 设置定时器在1秒后到期add_timer(&my_timer);  // 启动定时器
}

3.3 启动和停止定时器

启动定时器：使用add_timer函数将定时器添加到内核定时器队列中。
停止定时器：使用del_timer或del_timer_sync函数从定时器队列中移除定时器。

示例：

add_timer(&my_timer);  // 启动定时器
del_timer(&my_timer);  // 停止定时器

四、POSIX 定时器的使用

4.1 POSIX 定时器的基本结构

POSIX定时器使用timer_t类型来表示。以下是创建和使用POSIX定时器的基本步骤：

4.2 创建定时器

使用timer_create函数创建一个POSIX定时器：

#include <signal.h>
#include <time.h>timer_t timerid;
struct sigevent sev;void init_posix_timer(void) {sev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;sev.sigev_signo = SIGRTMIN;sev.sigev_value.sival_ptr = &timerid;timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timerid);
}

4.3 设置定时器

使用timer_settime函数设置定时器的到期时间和间隔：

struct itimerspec its;void set_posix_timer(void) {its.it_value.tv_sec = 1;  // 1秒后到期its.it_value.tv_nsec = 0;its.it_interval.tv_sec = 1;  // 每隔1秒触发一次its.it_interval.tv_nsec = 0;timer_settime(timerid, 0, &its, NULL);
}

4.4 处理定时器信号

在信号处理函数中处理定时器信号：

#include <signal.h>void timer_handler(int sig, siginfo_t *si, void *uc) {if (si->si_value.sival_ptr == &timerid) {printf("POSIX timer expired!\n");}
}void setup_signal_handler(void) {struct sigaction sa;sa.sa_flags = SA_SIGINFO;sa.sa_sigaction = timer_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sigaction(SIGRTMIN, &sa, NULL);
}