linux timer use method （2）

2019-02-01 14:07:32
燚智能王工

Linux 下设置timer有以下三种方法，他们的优缺点一并列出：

方法一：

最强大的定时器接口来自POSIX时钟系列，其创建、初始化以及删除一个定时器的行动被分为三个不同的函数：timer_create()(创建定时器)、timer_settime()(初始化定时器)以及timer_delete(销毁它)。

man timer_create/timer_settime，可以看到man帮助的详细文档：

直接上程序

程序1：采用新线程派驻的通知方式

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define CLOCKID CLOCK_REALTIME
void timer_thread(union sigval v)
{
printf("timer_thread function! %dn", v.sival_int);
}
int main()
{
// XXX int timer_create(clockid_t clockid, struct sigevent *evp, timer_t *timerid);
// clockid--值：CLOCK_REALTIME,CLOCK_MONOTONIC，CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID,CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID
// evp--存放环境值的地址,结构成员说明了定时器到期的通知方式和处理方式等
// timerid--定时器标识符
timer_t timerid;
struct sigevent evp;
memset(&evp, 0, sizeof(struct sigevent)); //清零初始化
evp.sigev_value.sival_int = 111; //也是标识定时器的，这和timerid有什么区别？回调函数可以获得
evp.sigev_notify = SIGEV_THREAD; //线程通知的方式，派驻新线程
evp.sigev_notify_function = timer_thread; //线程函数地址
if (timer_create(CLOCKID, &evp, &timerid) == -1)
{
perror("fail to timer_create");
exit(-1);
}
// XXX int timer_settime(timer_t timerid, int flags, const struct itimerspec *new_value,struct itimerspec *old_value);
// timerid--定时器标识
// flags--0表示相对时间，1表示绝对时间
// new_value--定时器的新初始值和间隔，如下面的it
// old_value--取值通常为0，即第四个参数常为NULL,若不为NULL，则返回定时器的前一个值
//第一次间隔it.it_value这么长,以后每次都是it.it_interval这么长,就是说it.it_value变0的时候会装载it.it_interval的值
struct itimerspec it;
it.it_interval.tv_sec = 1;
it.it_interval.tv_nsec = 0;
it.it_value.tv_sec = 1;
it.it_value.tv_nsec = 0;
if (timer_settime(timerid, 0, &it, NULL) == -1)
{
perror("fail to timer_settime");
exit(-1);
}
pause();
return 0;
}
/*
* int timer_gettime(timer_t timerid, struct itimerspec *curr_value);
* 获取timerid指定的定时器的值，填入curr_value
*
*/

程序2：通知方式为信号的处理方式

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define CLOCKID CLOCK_REALTIME
void sig_handler(int signo)
{
printf("timer_signal function! %dn", signo);
}
int main()
{
// XXX int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
// signum--指定的信号编号，可以指定SIGKILL和SIGSTOP以外的所有信号编号
// act结构体--设置信号编号为signum的处理方式
// oldact结构体--保存上次的处理方式
//
// struct sigaction
// {
// void (*sa_handler)(int); //信号响应函数地址
// void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //但sa_flags为SA——SIGINFO时才使用
// sigset_t sa_mask; //说明一个信号集在调用捕捉函数之前，会加入进程的屏蔽中，当捕捉函数返回时，还原
// int sa_flags;
// void (*sa_restorer)(void); //未用
// };
//
timer_t timerid;
struct sigevent evp;
struct sigaction act;
memset(&act, 0, sizeof(act));
act.sa_handler = sig_handler;
act.sa_flags = 0;
// XXX int sigaddset(sigset_t *set, int signum); //将signum指定的信号加入set信号集
// XXX int sigemptyset(sigset_t *set); //初始化信号集
sigemptyset(&act.sa_mask);
if (sigaction(SIGUSR1, &act, NULL) == -1)
{
perror("fail to sigaction");
exit(-1);
}
memset(&evp, 0, sizeof(struct sigevent));
evp.sigev_signo = SIGUSR1;
evp.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
if (timer_create(CLOCK_REALTIME, &evp, &timerid) == -1)
{
perror("fail to timer_create");
exit(-1);
}
struct itimerspec it;
it.it_interval.tv_sec = 2;
it.it_interval.tv_nsec = 0;
it.it_value.tv_sec = 1;
it.it_value.tv_nsec = 0;
if (timer_settime(timerid, 0, &it, 0) == -1)
{
perror("fail to timer_settime");
exit(-1);
}
pause();
return 0;
}

方法一的优点是：一个线程可以起多个timer, 它的缺点是信号处理较繁琐与复杂，如果信号来了之后需要处理的逻辑比较多，可能需要单独创建一个线程。

方法二：

POSIX时钟系列也提供了基于文件描述符的时钟接口，所以能够被用于select/poll的应用场景分别使用接口timerfd_create(), timefd_settime(); timefd_gettime() etc..

1. 使用方法

timerfd提供了如下接口供用户使用

timerfd_create

int timerfd_create(int clockid, int flags);

timerfd_create用于创建一个定时器文件。

参数clockid可以是CLOCK_MONOTONIC或者CLOCK_REALTIME。

参数flags可以是0或者O_CLOEXEC/O_NONBLOCK。

函数返回值是一个文件句柄fd。

timerfd_settime

int timerfd_settime(int ufd, int flags, const struct itimerspec * utmr, struct itimerspec * otmr);

此函数用于设置新的超时时间，并开始计时。

参数ufd是timerfd_create返回的文件句柄。

参数flags为1代表设置的是绝对时间；为0代表相对时间。

参数utmr为需要设置的时间。

参数otmr为定时器这次设置之前的超时时间。

函数返回0代表设置成功。

timerfd_gettime

int timerfd_gettime(int ufd, struct itimerspec * otmr);

此函数用于获得定时器距离下次超时还剩下的时间。如果调用时定时器已经到期，并且该定时器处于循环模式（设置超时时间时struct itimerspec::it_interval不为0），那么调用此函数之后定时器重新开始计时。

read

当timerfd为阻塞方式时，read函数将被阻塞，直到定时器超时。

函数返回值大于0，代表定时器超时；否则，代表没有超时（被信号唤醒，等等）。

poll/close

poll，close与标准文件操作相同。

2. 内核实现

timerfd的内核实现代码在kernel/fs/timerfd.c，它的实现基于Linux的hrtimer。

timerfd_create的实现

SYSCALL_DEFINE2(timerfd_create, int, clockid, int, flags)

l 做一些定时器的初始化工作

l 调用hrtimer_init初始化一个hrtimer

l 调用anon_inode_getfd分配一个dentry，并得到一个文件号fd，同时传入timerfd的文件操作指针struct file_operations timerfd_fops。anno_inode_getfd是文件系统anon_inodefs的一个帮助函数。anon文件系统比较简单，整个文件系统只有一个inode节点，其实现代码可以在fs/anon_inodes.c中找到。

timerfd_settime的实现

timerfd_settime最终会调用hrtimer_start启动定时器，其超时函数被设置为timerfd_tmrproc。

timerfd_tmrproc

timefd_tmrproc是timerfd的定时器超时函数。在timerfd超时时，该函数会设置定时器超时标记位；增加定时器超时次数（在设置定时器循环模式时，可能会出现多次超时没有被处理的情况）；唤醒一个等待队列，从而唤醒可能存在的正被阻塞的read、select。

timerfd_fops

static const struct file_operations timerfd_fops = {

.release = timerfd_release,

.poll = timerfd_poll,

.read = timerfd_read,

};

timerfd_read函数是文件操作read的内核实现，读到的是定时器的超时次数。该函数在阻塞模式下会把自身挂到timerfd的等待队列中，等待定时器超时时被唤醒。

timerfd_poll将timerfd的等待队列登记到一个poll_table，从而在定时器超时时能唤醒select系统调用。