定时器timerfd

1.为什么要加入此定时器接口

linux2.6.25版本新增了timerfd这个供用户程序使用的定时接口，这个接口基于文件描述符，当超时事件发生时，该文件描述符就变为可读。我首次接触这个新特性是在muduo网络库的定时器里看到的，那么新增一个这样的定时器接口有什么意义呢？

要说明这个问题我得先给大家列举一下Linux下能实现定时功能的各个接口，然后通过逐一比较来说明原因

linux下的定时接口主要有如下几种

  1. .sleep()

  2. .alarm()

  3. .usleep()

  4. .nanosleep()

  5. .clock_nanosleep()

  6. .getitimer()/setitimer()

  7. .timer_create()/timer_settime/timer_gettime()/timer_delete()

  8. .timerfd_create()/timerfd_gettime()/timer_settime()

以上便是Linux下常用的一些定时接口 
1.前三种sleep()/alarm()/usleep()在实现时可能用了SIGALRM信号，在多线程中使用信号是相当麻烦的 
2.nanosleep()/clock_nanosleep()会让线程挂起，这样会使程序失去响应，多线程网络编程中我们应该避免这样做 
3.getitimer()/timer_cteate()也是用信号来deliver超时

而我们的timerfd_create()把时间变成了一个文件描述符，该文件描述符会在超时时变得可读，这种特性可以使我们在写服务器程序时，很方便的便把定时事件变成和其他I/O事件一样的处理方式，并且此定时接口的精度也足够的高，所以我们只要以后在写I/O框架时用到了定时器就该首选timerfd_create()

2.timerfd的接口介绍

(1)timerfd的创建

 

  1.  
    int timer_create(int clockid,int flags);
     
  2.  
  3.  
    //成功返回0
     


  


第一个参数一般为CLOCK_REALTIME或者CLOCK_MONOTONIC,其参数意义为参数意义
 

CLOCK_REALTIME:相对时间，从1970.1.1到目前时间，之所以说其为相对时间，是因为我们只要改变当前系统的时间，从1970.1.1到当前时间就会发生变化，所以说其为相对时间
 

CLOCK_MONOTONIC：与CLOCK_REALTIME相反，它是以绝对时间为准，获取的时间为系统最近一次重启到现在的时间，更该系统时间对其没影响
 

第二个参数为控制标志：TFD_NONBLOCK(非阻塞),TFD_CLOEXEC（同O_CLOEXEC）
 

(2)定时器的设置
 

 

  1.  
    int timerfd_settime(int fd,int flags
     
  2.  
    const struct itimerspec *new_value
     
  3.  
    struct itimerspec *old_value);
     
  4.  
    //成功返回0
     


  


该函数的功能为启动和停止定时器，第一个参数fd为上面的timerfd_create()函数返回的定时器文件描述符，第二个参数flags为0表示相对定时器，为TFD_TIMER_ABSTIME表示绝对定时器，第三个参数new_value用来设置超时时间，为0表示停止定时器，第四个参数为原来的超时时间，一般设为NULL
 

需要注意的是我们可以通过clock_gettime获取当前时间，如果是绝对定时器，那么我们得获取1970.1.1到当前时间(CLOCK_REALTIME),在加上我们自己定的定时时间。若是相对定时，则要获取我们系统本次开机到目前的时间加我们要定的时常(即获取CLOCK_MONOTONIC时间)
 

上述参数中itimerspec的结构定义如下
 

 

  1.  
    struct itimerspec {
     
  2.  
    struct timespec it_interval; /* Interval for periodic timer */
     
  3.  
    struct timespec it_value; /* Initial expiration */
     
  4.  
    };
     


  


其中it_value保存首次超时时间值，即在哪个时间点超时的那个时间的值，it_interval为后续周期性超时的时间间隔，注意是时间间隔不是时间值啦 
 timespec的结构定义如下
 

 

  1.  
    struct timespec {
     
  2.  
    time_t tv_sec; /* Seconds */
     
  3.  
    long tv_nsec; /* Nanoseconds */
     
  4.  
    };
     


  


需要注意的是当设置定时器后，我们就可以用read读取定时器的文件描述符了，当其可读时，就是超时发生的时间，下面的实例中给出用法，请读者仔细体会
 

 3.具体实例
 

以绝对超时为例
 

 

  1.  
    #include <sys/timerfd.h>
     
  2.  
    #include <time.h>
     
  3.  
    #include <unistd.h>
     
  4.  
    #include <stdlib.h>
     
  5.  
    #include <stdio.h>
     
  6.  
    #include <stdint.h> /* Definition of uint64_t */
     
  7.  
  8.  
    #define handle_error(msg) \
     
  9.  
    do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
     
  10.  
  11.  
  12.  
    //打印当前定时距首次开始计时的时间
     
  13.  
    static void print_elapsed_time(void)
     
  14.  
    {
     
  15.  
    static struct timespec start;
     
  16.  
    struct timespec curr;
     
  17.  
    static int first_call = 1;
     
  18.  
    int secs, nsecs;
     
  19.  
  20.  
    if (first_call) { //获取开始时间
     
  21.  
    first_call = 0;
     
  22.  
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start) == -1)
     
  23.  
    handle_error("clock_gettime");
     
  24.  
    }
     
  25.  
  26.  
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr) == -1)
     
  27.  
    handle_error("clock_gettime");
     
  28.  
  29.  
    //时间差等于每次的当前时间减去start的开始时间
     
  30.  
    secs = curr.tv_sec - start.tv_sec;
     
  31.  
    nsecs = curr.tv_nsec - start.tv_nsec;
     
  32.  
    if (nsecs < 0) {
     
  33.  
    secs--;
     
  34.  
    nsecs += 1000000000; //相差的纳秒数
     
  35.  
    }
     
  36.  
    printf("%d.%03d: ", secs, (nsecs + 500000) / 1000000);
     
  37.  
    }
     
  38.  
  39.  
  40.  
    int main(int argc, char *argv[])
     
  41.  
    {
     
  42.  
    struct itimerspec new_value;
     
  43.  
    int max_exp, fd;
     
  44.  
    struct timespec now;
     
  45.  
    uint64_t exp, tot_exp;
     
  46.  
    ssize_t s;
     
  47.  
  48.  
    if ((argc != 2) && (argc != 4)) {
     
  49.  
    fprintf(stderr, "%s init-secs [interval-secs max-exp]\n",
     
  50.  
    argv[0]);
     
  51.  
    exit(EXIT_FAILURE);
     
  52.  
    }
     
  53.  
  54.  
    if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1)
     
  55.  
    handle_error("clock_gettime");
     
  56.  
  57.  
    /* Create a CLOCK_REALTIME absolute timer with initial
     
  58.  
    expiration and interval as specified in command line */
     
  59.  
  60.  
    new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1]);
     
  61.  
    new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec;
     
  62.  
    if (argc == 2) {
     
  63.  
    new_value.it_interval.tv_sec = 0;
     
  64.  
    max_exp = 1;
     
  65.  
    } else {
     
  66.  
    new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2]); //之后的定时间隔
     
  67.  
    max_exp = atoi(argv[3]); //定时总次数
     
  68.  
    }
     
  69.  
    new_value.it_interval.tv_nsec = 0;
     
  70.  
  71.  
    //生成与定时器关联的文件描述符
     
  72.  
    fd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);
     
  73.  
    if (fd == -1)
     
  74.  
    handle_error("timerfd_create");
     
  75.  
    if (timerfd_settime(fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &new_value, NULL) == -1)
     
  76.  
    handle_error("timerfd_settime");
     
  77.  
  78.  
    //获取并打印首次首次定时开始的时间
     
  79.  
    print_elapsed_time();
     
  80.  
    printf("timer started\n");
     
  81.  
  82.  
    for (tot_exp = 0; tot_exp < max_exp;) {
     
  83.  
    s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t)); //read阻塞等待知道超时发生
     
  84.  
    if (s != sizeof(uint64_t))
     
  85.  
    handle_error("read");
     
  86.  
  87.  
    tot_exp += exp;
     
  88.  
    print_elapsed_time();
     
  89.  
    printf("read: %llu; total=%llu\n",
     
  90.  
    (unsigned long long) exp,
     
  91.  
    (unsigned long long) tot_exp);
     
  92.  
    }
     
  93.  
  94.  
    exit(EXIT_SUCCESS);
     
  95.  
    }
     


 

 
 

 











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