网络程序需要处理定时事件，比如定期检测一个客户连接的活动状态。服务器程序通常管理着众多定时事件，因此有效地组织这些定时事件，使之能在预期的时间点被触发且不影响服务器的主要逻辑，对于服务器的性能有着至关重要的影响。为此，我们要将每个定时事件分别封装成定时器，并使用某种容器类数据结构，比如链表、排序链表和时间轮，将所有定时器串联起来，以实现对定时事件的统一管理。

定时是指在一段时间之后触发某段代码的机制，我们可以在这段代码中依次处理所有到期的定时器。Linux 提供了三种定时方法，它们是：
① socket 选项 SO_RCVTIMEO 和 SO_SNDTIMEO。
② SIGALRM 信号
③ I/O 复用系统调用的超时参数。

socket 选项 SO_RCVTIMEO 和 SO_SNDTIMEO

SO_RCVTIMEO 和 SO_SNDTIMEO 分别用来设置 socket 接收数据超时时间和发送数据超时时间。因此，这两个选项仅对与数据接收和发送相关的 socket 专用系统调用有效，这些系统调用包括 send、sendmsg、recv、recvmsg、accept 和 connect。

系统调用	有效选项	系统调用超时后的行为
send	SO_SNDTIMEO	返回-1，设置 errno 为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK
sendmsg	SO_SNDTIMEO	同上
recv	SO_RCVTIMEO	同上
recvmsg	SO_RCVTIMEO	同上
accept	SO_RCVTIMEO	同上
connect	SO_SNDTIMEO	返回-1，设置 errno 为 EINPROGRESS

在程序中，我们可以根据系统调用（send、sendmsg、recv、recvmsg、accept 和 connect）的返回值以及 errno 来判断超时时间是否已到，进而决定是否开始处理定时任务。

sigalrm 信号

由 alarm 和 setitimer 函数设置的实时闹钟一旦超时，将触发 SIGALRM 信号。因此，我们可以利用该信号的信号处理函数来处理定时任务。但是，如果要处理多个定时任务，我们就需要不断地触发 SIGALRM 信号，并在其信号处理函数中执行到期的任务。一般而言，SIGALRM 信号按照固定的频率生成，即由 alarm 或 setitimer 函数设置的定。

alarm

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

功能

• 设置定时器（闹钟）。在指定 seconds 后，内核会给当前进程发送 SIGALRM 信号。进程收到该信号，默认动作终止。
• 每个进程都有且只有唯一的一个定时器。
• 定时与进程状态无关！就绪、运行、阻塞、暂停、终止、僵尸……无论进程处于何种状态，alarm 都计时。

参数

• seconds：指定的时间，以秒为单位。如果为 0，定时器失效。

返回值

• 之前没有定时器：返回 0
• 之前有定时器：返回定时器剩余的秒数。

setitimer

#include <sys/time.h>

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

功能

• 设置定时器（闹钟）。可代替 alarm 函数，精度微秒。

参数

• which：指定计时方式
  • ITIMER_REAL：计算自然时间（用户时间 + 内核时间 + 切换时间等）；发送 SIGALRM
  • ITIMER_VIRTUAL：虚拟空间计时（用户时间），只计算进程占用 cpu 的时间；发送SIGVTALRM
  • ITIMER_PROF：运行时计时（用户时间 + 内核时间）， 计算占用 cpu 及执行系统调用的时间；发送SIGPROF
• new_value：负责设定超时时间
• old_value：存放旧的超时时间，不使用这个参数时为 NULL

返回值

• 成功：0
• 失败：-1，设置 errno

// 定时器的结构体
// 例如：过10秒后，每隔2秒定时一次
struct itimerval { 
	struct timerval it_interval; // 2，闹钟触发周期
    struct timerval it_value; // 10，延迟多长时间后开启定时器执行
};

// 时间的结构体
struct timeval {
	long tv_sec; // 秒
    long tv_usec; // 微妙
};

例：

// 过3秒后，每隔2秒定时一次
int main()
{
    struct itimerval new_val;
    // 设置间隔的时间
    new_val.it_interval.tv_sec = 2;
    new_val.it_interval.tv_usec = 0;

    // 设置延迟的时间,3秒后开始第一次定时
    new_val.it_value.tv_sec = 3;
    new_val.it_value.tv_usec = 0;
    
    // 非阻塞
    int ret = setitimer(ITIMER_REAL, &new_val, NULL);
    printf("定时器开始....\n");

    if(ret == -1) {
        perror("setitimer");
        exit(0);
    }

    getchar(); // 将代码阻塞在这里，方便观察输出
    return 0;
}

I/O 复用系统调用的超时参数

Linux 下的 3 组 I/O 复用系统调用都带有超时参数，因此它们不仅能统一处理信号和 I/O 事件，也能统一处理定时事件。但是由于 I/O 复用系统调用可能在超时时间到期之前就返回（有 I/O 事件发生），所以如果我们要利用它们来定时，就需要不断更新定时参数以反映剩余的时间。

#define TIMEOUT 5000

int timeout = TIMEOUT;
time_t start = time(NULL);
time_t end = time(NULL);
while(1) {
	printf("the timeout is now %d mil-seconds\n", timeout);
    start = time(NULL);
    int number = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, timeout);
    if((number < 0) && (errno != EINTR)) {
    	printf("epoll failure\n");
        break;
    }
    
    /*
    如果epoll_wait成功返回0，则说明超时时间到，
    此时便可处理定时任务，并重置定时时间
    */
    if(number == 0) {
    	timeout = TIMEOUT;
        continue;
    }
    
    end = time(NULL);
    /*
    如果epoll_wait的返回值大于0，
    则本次epoll_wait调用持续的时间是(end-satrt)*1000 ms，
    我们需要将定时时间timeout减去这段时间，以获得下次epoll_wait调用的超时参数
    */
    timeout -= (end - start) * 1000;
    /*
    重新计算之后的timeout值有可能等于0，说明本次epoll_wait调用返回时，
    不仅有文件描述符就绪，而且其超时时间也刚好达到，
    此时我们也要处理定时任务，并重置定时时间
    */
    if(timeout <= 0) {
    	timeout = TIMEOUT;
    }
    
    // handle connections
}