精通 Unix 高精度定時器：setitimer 實戰詳解

為什麼需要高精度定時器？

傳統 alarm() 僅支持秒級精度且無法重複觸發。現代系統編程常需毫秒/微秒級定時、週期性觸發、區分用戶態/核心態執行時間，這正是 setitimer() 與 getitimer() 的用武之地。

三種獨立定時器類型

核心數據結構

struct timeval {
    long tv_sec;   // 秒
    long tv_usec;  // 微秒
};

struct itimerval {
    struct timeval it_interval; // 週期間隔（0 表單次觸發）
    struct timeval it_value;    // 首次觸發時間
};

四大經典使用場景代碼模板

場景 1：週期性真實時間定時器（每 2.5 秒觸發 SIGALRM）

struct itimerval val = {
    .it_value    = {2, 500000},
    .it_interval = {2, 500000}
};
setitimer(ITIMER_REAL, &val, NULL);

場景 2：用戶態 CPU 時間分析（首次 1 秒，之後每 3 秒）

struct itimerval val = {
    .it_value    = {1, 0},
    .it_interval = {3, 0}
};
setitimer(ITIMER_VIRTUAL, &val, NULL);

場景 3：取消特定定時器

struct itimerval val = {{0, 0}, {0, 0}}; // it_value 歸零即停止
setitimer(ITIMER_PROF, &val, NULL);

場景 4：單次觸發定時器（1.5 秒後發送一次 SIGALRM）

struct itimerval val = {
    .it_value    = {1, 500000},
    .it_interval = {0, 0} // 間隔為 0，單次觸發
};
setitimer(ITIMER_REAL, &val, NULL);

完整實戰範例：ITIMER_PROF 週期性打印計數器

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

int count = 0;
void handler(int sig) {
    fprintf(stderr, "ITIMER_PROF[%d]\n", count++);
    signal(SIGPROF, handler); // 重新註冊（舊版 Unix 需求）
}

int main() {
    struct itimerval val = {
        .it_value    = {1, 500000}, // 1.5 秒
        .it_interval = {1, 500000}
    };
    signal(SIGPROF, handler);
    setitimer(ITIMER_PROF, &val, NULL);
    while (1); // 模擬計算負載
    return 0;
}

關鍵注意事項

• 互斥性：進程中不可同時使用 alarm() 與 ITIMER_REAL，二者共用同一硬件定時器。
• 信號重入：處理函數中只調用異步信號安全函數（如 write、_exit），避免調用 printf、malloc 等非安全函數。
• 精度限制：理論微秒級，實際受系統時鐘中斷頻率（如 100Hz/1000Hz）限制，通常為毫秒級。

靈活運用 setitimer 三大定時器，能精準掌控程序時間行為，是系統級開發者的必備技能。