Linux C语言定时器的定时任务取消
1. 定时器在 Linux C 语言开发中的重要性
在 Linux 环境下的 C 语言编程中，定时器是一种非常有用的工具。它允许程序在特定的时间间隔内执行某些任务，或者在未来的某个特定时刻执行任务。定时器在许多场景中都有应用，比如网络通信中的心跳检测、游戏开发中的定时更新、系统监控中的定期数据采集等。
例如，在一个网络服务器程序中，我们可能需要每隔一段时间向客户端发送心跳包，以确保连接仍然有效。如果没有定时器，我们就需要手动实现轮询机制，这不仅会增加代码的复杂度，还可能导致资源的浪费。
2. Linux 下常用的定时器机制
2.1 alarm 函数
alarm 函数是 Linux 提供的一个简单的定时器函数，它以秒为单位设置一个定时器。当定时器到期时，会向进程发送 SIGALRM 信号。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void sigalrm_handler(int signum) {
printf("Alarm signal received.\n");
}
int main() {
signal(SIGALRM, sigalrm_handler);
alarm(5);
printf("Waiting for alarm...\n");
while (1);
return 0;
}
在上述代码中，alarm(5) 设置了一个 5 秒的定时器，当 5 秒过去后，会调用 sigalrm_handler 函数。然而，alarm 函数的精度相对较低，并且只能设置一个定时器。如果我们需要更精确的定时或者多个定时器，就需要使用其他机制。
2.2 setitimer 函数
setitimer 函数提供了更灵活和精确的定时器设置。它可以以微秒为单位设置定时器，并且支持一次性定时器和周期性定时器。
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void sigalrm_handler(int signum) {
printf("Alarm signal received.\n");
}
int main() {
struct itimerval new_value;
new_value.it_value.tv_sec = 2;
new_value.it_value.tv_usec = 0;
new_value.it_interval.tv_sec = 2;
new_value.it_interval.tv_usec = 0;
signal(SIGALRM, sigalrm_handler);
setitimer(ITIMER_REAL, &new_value, NULL);
printf("Waiting for alarm...\n");
while (1);
return 0;
}
在这段代码中，new_value.it_value 设置了定时器的初始值，new_value.it_interval 设置了定时器的周期。setitimer(ITIMER_REAL, &new_value, NULL) 启动了定时器，ITIMER_REAL 表示使用系统实时时钟。当定时器到期时，同样会发送 SIGALRM 信号。
2.3 POSIX 定时器（timer_create 等函数）
POSIX 定时器提供了更高级的定时器功能，它允许创建多个定时器，并且可以指定定时器到期时执行的处理函数。
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void timer_handler(int signum, siginfo_t *info, void *context) {
printf("Timer expired.\n");
}
int main() {
struct sigevent sev;
struct itimerspec its;
timer_t timerid;
sev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
sev.sigev_signo = SIGUSR1;
sev.sigev_value.sival_ptr = &timerid;
if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timerid) == -1) {
perror("timer_create");
exit(EXIT_FAILURE);
}
its.it_value.tv_sec = 3;
its.it_value.tv_nsec = 0;
its.it_interval.tv_sec = 3;
its.it_interval.tv_nsec = 0;
if (timer_settime(timerid, 0, &its, NULL) == -1) {
perror("timer_settime");
exit(EXIT_FAILURE);
}
struct sigaction sa;
sa.sa_sigaction = timer_handler;
sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
if (sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL) == -1) {
perror("sigaction");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Waiting for timer to expire...\n");
while (1);
return 0;
}
在这段代码中，timer_create 创建了一个定时器，timer_settime 设置了定时器的初始值和周期。SIGEV_SIGNAL 表示定时器到期时发送信号，SIGUSR1 是自定义的信号。sigaction 函数用于注册信号处理函数 timer_handler。
3. 定时任务取消的需求场景
在实际应用中，我们经常会遇到需要取消定时任务的情况。例如：
- 资源释放：在一个定时进行数据采集的程序中，如果程序需要提前结束，我们需要取消定时器，以避免不必要的资源消耗，比如文件描述符的占用、内存的持续分配等。
- 任务变更：在一个游戏开发场景中，原本定时更新游戏场景的任务可能因为游戏状态的改变（如进入暂停状态）而需要取消，等待游戏恢复时再重新启动定时任务。
- 错误处理：当程序在定时任务执行过程中检测到严重错误时，为了保证系统的稳定性，可能需要立即取消定时任务，防止错误进一步扩散。
4. 基于 alarm 函数的定时任务取消
alarm 函数本身提供了一种取消定时任务的方式。如果在定时器到期之前再次调用 alarm 函数，并且传入参数为 0，就可以取消当前正在运行的定时器。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void sigalrm_handler(int signum) {
printf("Alarm signal received.\n");
}
int main() {
signal(SIGALRM, sigalrm_handler);
alarm(5);
printf("Waiting for alarm...\n");
sleep(2);
alarm(0);
printf("Alarm cancelled.\n");
while (1);
return 0;
}
在上述代码中，alarm(5) 设置了一个 5 秒的定时器，sleep(2) 模拟了程序的其他操作。2 秒后，调用 alarm(0) 取消了定时器。这样，定时器就不会在剩余的 3 秒后触发 SIGALRM 信号。
5. 基于 setitimer 函数的定时任务取消
对于 setitimer 函数，我们可以通过将 it_value 和 it_interval 都设置为 0 来取消定时器。
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void sigalrm_handler(int signum) {
printf("Alarm signal received.\n");
}
int main() {
struct itimerval new_value;
new_value.it_value.tv_sec = 5;
new_value.it_value.tv_usec = 0;
new_value.it_interval.tv_sec = 5;
new_value.it_interval.tv_usec = 0;
signal(SIGALRM, sigalrm_handler);
setitimer(ITIMER_REAL, &new_value, NULL);
printf("Waiting for alarm...\n");
sleep(2);
struct itimerval zero_value;
zero_value.it_value.tv_sec = 0;
zero_value.it_value.tv_usec = 0;
zero_value.it_interval.tv_sec = 0;
zero_value.it_interval.tv_usec = 0;
setitimer(ITIMER_REAL, &zero_value, NULL);
printf("Alarm cancelled.\n");
while (1);
return 0;
}
在这段代码中，首先设置了一个 5 秒的周期性定时器。sleep(2) 后，通过设置 zero_value 并调用 setitimer 函数，将定时器的剩余时间和周期都设置为 0，从而取消了定时器。
6. 基于 POSIX 定时器的定时任务取消
POSIX 定时器的取消通过 timer_delete 函数来实现。
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void timer_handler(int signum, siginfo_t *info, void *context) {
printf("Timer expired.\n");
}
int main() {
struct sigevent sev;
struct itimerspec its;
timer_t timerid;
sev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
sev.sigev_signo = SIGUSR1;
sev.sigev_value.sival_ptr = &timerid;
if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timerid) == -1) {
perror("timer_create");
exit(EXIT_FAILURE);
}
its.it_value.tv_sec = 3;
its.it_value.tv_nsec = 0;
its.it_interval.tv_sec = 3;
its.it_interval.tv_nsec = 0;
if (timer_settime(timerid, 0, &its, NULL) == -1) {
perror("timer_settime");
exit(EXIT_FAILURE);
}
struct sigaction sa;
sa.sa_sigaction = timer_handler;
sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
if (sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL) == -1) {
perror("sigaction");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Waiting for timer to expire...\n");
sleep(1);
if (timer_delete(timerid) == -1) {
perror("timer_delete");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Timer cancelled.\n");
while (1);
return 0;
}
在上述代码中，timer_create 创建了一个定时器，timer_settime 设置了定时器的属性。sleep(1) 模拟了程序的运行。1 秒后，调用 timer_delete 函数取消了定时器。
7. 定时任务取消时的注意事项
- 信号处理：在取消定时器时，要注意信号的处理。如果定时器是通过发送信号来通知任务到期，取消定时器后，可能需要处理已经发送但还未处理的信号。例如，在基于
alarm或setitimer函数的定时器中，取消定时器后，如果SIGALRM信号已经发送到进程队列中，需要确保在适当的时候处理该信号，避免程序出现异常行为。 - 资源清理：定时任务可能会占用一些资源，如文件描述符、网络连接等。在取消定时任务时，必须确保这些资源被正确释放。比如，在一个定时从文件中读取数据的任务中，取消任务后要关闭文件描述符，防止资源泄漏。
- 线程安全：在多线程环境下，取消定时任务需要特别注意线程安全。如果多个线程都可能操作定时器，需要使用互斥锁等同步机制来确保定时器的创建、设置和取消操作的原子性，避免出现竞态条件。例如，在一个多线程的服务器程序中，不同线程可能根据不同的条件取消同一个定时器，这时就需要使用互斥锁来保护对定时器的操作。
8. 实际应用案例分析
假设我们正在开发一个智能家居监控系统，其中有一个功能是定时采集传感器数据并上传到服务器。
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define SENSOR_DATA_SIZE 100
void upload_sensor_data() {
char data[SENSOR_DATA_SIZE];
// 模拟采集传感器数据
snprintf(data, SENSOR_DATA_SIZE, "Sensor data at %ld", (long)time(NULL));
printf("Uploading data: %s\n", data);
// 实际应用中这里会有网络上传代码
}
void sigalrm_handler(int signum) {
upload_sensor_data();
}
int main() {
struct itimerval new_value;
new_value.it_value.tv_sec = 10;
new_value.it_value.tv_usec = 0;
new_value.it_interval.tv_sec = 10;
new_value.it_interval.tv_usec = 0;
signal(SIGALRM, sigalrm_handler);
setitimer(ITIMER_REAL, &new_value, NULL);
printf("Data collection started. Press any key to stop...\n");
char ch;
scanf("%c", &ch);
struct itimerval zero_value;
zero_value.it_value.tv_sec = 0;
zero_value.it_value.tv_usec = 0;
zero_value.it_interval.tv_sec = 0;
zero_value.it_interval.tv_usec = 0;
setitimer(ITIMER_REAL, &zero_value, NULL);
printf("Data collection stopped.\n");
return 0;
}
在这个例子中，setitimer 设置了一个每 10 秒执行一次的定时任务，upload_sensor_data 函数模拟了传感器数据的采集和上传。当用户按下任意键时，通过将 it_value 和 it_interval 设置为 0 取消了定时器，从而停止了数据采集任务。在实际应用中，我们还需要处理网络上传失败等异常情况，并且可能需要使用更复杂的同步机制来确保数据的准确性和一致性。
9. 总结定时任务取消的不同方法及适用场景
- alarm 函数：取消定时任务简单直接，通过调用
alarm(0)即可。适用于对精度要求不高，且只需要一个简单定时器的场景，例如一些简单的脚本程序或者对资源占用要求较低的小型应用。 - setitimer 函数：通过设置
it_value和it_interval为 0 来取消定时器。它适用于对定时精度有一定要求，并且可能需要周期性定时任务的场景，如一些系统监控工具，它们需要定期采集系统信息。 - POSIX 定时器：使用
timer_delete函数取消定时器。适用于对定时器功能要求较为复杂，如需要多个定时器、更精确的定时控制以及自定义信号处理的场景，例如在大型服务器程序中，需要管理多个不同定时需求的任务。
在实际的 Linux C 语言开发中，根据具体的应用场景和需求，合理选择定时器机制以及定时任务取消的方法，能够提高程序的效率和稳定性，避免资源浪费和程序异常行为。同时，在处理定时任务取消时，要充分考虑信号处理、资源清理和线程安全等问题，确保程序的健壮性。