linux新增特性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

.sleep()
.alarm()
.usleep()
.nanosleep()
.clock_nanosleep()
.getitimer()/setitimer()
.timer_create()/timer_settime/timer_gettime()/timer_delete()
.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

int timer_create(int clockid,int flags);

//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

int timerfd_settime(int fd,int flags
const struct itimerspec *new_value
struct itimerspec *old_value);
//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

struct itimerspec {
struct timespec it_interval;  /* Interval for periodic timer */
struct timespec it_value;     /* Initial expiration */
};

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

struct timespec {
time_t tv_sec;                /* Seconds */
long   tv_nsec;               /* Nanoseconds */
};

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

#include <sys/timerfd.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>        /* Definition of uint64_t */

#define handle_error(msg) \
do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

//打印当前定时距首次开始计时的时间
static void print_elapsed_time(void)
{
static struct timespec start;
struct timespec curr;
static int first_call = 1;
int secs, nsecs;

if (first_call) {        //获取开始时间
first_call = 0;
if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start) == -1)
handle_error("clock_gettime");
}

if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr) == -1)
handle_error("clock_gettime");

//时间差等于每次的当前时间减去start的开始时间
secs = curr.tv_sec - start.tv_sec;
nsecs = curr.tv_nsec - start.tv_nsec;
if (nsecs < 0) {
secs--;
nsecs += 1000000000;         //相差的纳秒数
}
printf("%d.%03d: ", secs, (nsecs + 500000) / 1000000);
}

int  main(int argc, char *argv[])
{
struct itimerspec new_value;
int max_exp, fd;
struct timespec now;
uint64_t exp, tot_exp;
ssize_t s;

if ((argc != 2) && (argc != 4)) {
fprintf(stderr, "%s init-secs [interval-secs max-exp]\n",
argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}

if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1)
handle_error("clock_gettime");

/* Create a CLOCK_REALTIME absolute timer with initial
expiration and interval as specified in command line */

new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1]);
new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec;
if (argc == 2) {
new_value.it_interval.tv_sec = 0;
max_exp = 1;
} else {
new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2]);     //之后的定时间隔
max_exp = atoi(argv[3]);                          //定时总次数
}
new_value.it_interval.tv_nsec = 0;

//生成与定时器关联的文件描述符
fd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);
if (fd == -1)
handle_error("timerfd_create");
if (timerfd_settime(fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &new_value, NULL) == -1)
handle_error("timerfd_settime");

//获取并打印首次首次定时开始的时间
print_elapsed_time();
printf("timer started\n");

for (tot_exp = 0; tot_exp < max_exp;) {
s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t));        //read阻塞等待知道超时发生
if (s != sizeof(uint64_t))
handle_error("read");

tot_exp += exp;
print_elapsed_time();
printf("read: %llu; total=%llu\n",
(unsigned long long) exp,
(unsigned long long) tot_exp);
}

exit(EXIT_SUCCESS);
}

编译并运行上述程序，结果如下

当定一次值，设为3秒后超时



当定5次时，初次为3s后之后每1秒超时一次,运行结果如下