Linux系统编程：告别 `alarm`，掌握高精度定时器 `setitimer`

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在 Linux 系统编程中，我们之前学习了 alarm 函数，它能提供秒级的定时功能。但在很多对时间精度要求较高的场景下（比如多媒体处理、游戏服务器帧率控制），秒级精度实在是“太粗糙”了。而且 alarm 是一次性的，想要循环触发必须重复调用。

今天我们要介绍一位更强大的“时间管理大师”—— setitimer 函数。它不仅支持微秒（us）级精度，还自带周期性循环功能。

一、 为什么我们需要 setitimer？

虽然 alarm 简单好用，但它有两个致命弱点：

setitimer 完美解决了这两个问题。

二、 函数详解

1. 函数原型

#include <sys/time.h>

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

2. 参数解析

参数 1： which（计时方式）

决定了定时器如何计时，以及超时后发送什么信号。虽然有三种，但实际开发中 99% 的情况只用第一种：

参数 2： new_value（定时间隔）

这是最核心的参数，类型为 struct itimerval。它是一个嵌套结构体：

struct timeval {
    long tv_sec;  // 秒
    long tv_usec; // 微秒 (1秒 = 1000000微秒)
};

struct itimerval {
    struct timeval it_interval; // 周期性时间（间隔时间）
    struct timeval it_value;    // 第一次触发的时间（初始时间）
};

参数 3： old_value（传出参数）

用于保存上一次设置的定时器剩余时间。通常传入 NULL 即可。

3. 返回值

三、 实战演练

案例 1：实现周期性定时器

需求：程序启动后，等待 2 秒钟第一次触发，之后每隔 1 秒钟触发一次打印 “Hello World”。

注意：由于默认动作是终止进程，我们必须使用 signal 捕捉 SIGALRM 信号。

代码实现 (timer_loop.c)：

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

// 信号处理函数
void my_handler(int signo) {
    printf("Hello World! (收到信号: %d)
", signo);
}

int main() {
    // 1. 注册信号捕捉，否则收到 SIGALRM 进程会直接终止
    signal(SIGALRM, my_handler);

    struct itimerval new_t;

    // 2. 设置“周期”时间 (it_interval) -> 1秒
    new_t.it_interval.tv_sec = 1;
    new_t.it_interval.tv_usec = 0;

    // 3. 设置“第一次触发”时间 (it_value) -> 2秒
    new_t.it_value.tv_sec = 2;
    new_t.it_value.tv_usec = 0;

    // 4. 启动定时器，使用自然时间 (ITIMER_REAL)
    int ret = setitimer(ITIMER_REAL, &new_t, NULL);
    if (ret == -1) {
        perror("setitimer error");
        return -1;
    }

    printf("定时器已启动：2秒后首发，之后每1秒触发一次...
");

    // 保持进程运行
    while(1);

    return 0;
}

运行结果：

$ gcc timer_loop.c -o timer_loop
$ ./timer_loop
定时器已启动：2秒后首发，之后每1秒触发一次...
(等待2秒...)
Hello World! (收到信号: 14)
(等待1秒...)
Hello World! (收到信号: 14)
(等待1秒...)
Hello World! (收到信号: 14)
^C  <-- 按 Ctrl+C 结束

案例 2：用 setitimer 模拟 alarm

需求：实现一个 my_alarm(n) 函数，功能等同于 alarm(n)，即 n 秒后触发一次，不循环。

代码实现 (my_alarm.c)：

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

// 简单的信号捕捉
void handler(int signo) {
    printf("BOMB! 定时器时间到！
");
}

unsigned int my_alarm(unsigned int seconds) {
    struct itimerval new_t, old_t;

    // 设置为不循环 (it_interval = 0)
    new_t.it_interval.tv_sec = 0;
    new_t.it_interval.tv_usec = 0;

    // 设置首次触发时间
    new_t.it_value.tv_sec = seconds;
    new_t.it_value.tv_usec = 0;

    // 启动定时器，并获取旧值到 old_t
    setitimer(ITIMER_REAL, &new_t, &old_t);

    // 返回旧定时器的剩余秒数
    return old_t.it_value.tv_sec;
}

int main() {
    signal(SIGALRM, handler);

    printf("启动 3 秒定时器...
");
    my_alarm(3);

    while(1);
    return 0;
}

运行结果：

$ ./my_alarm
启动 3 秒定时器...
(等待3秒)
BOMB! 定时器时间到！
(之后不再输出，因为 it_interval 为 0)

四、 知识小结与对比

避坑指南

setitimer 是 Linux 高级编程中处理时间的利器，虽然现在有了更现代的 timerfd 系列函数，但理解 setitimer 对于掌握操作系统的时间切片和信号机制依然至关重要。