timerfd使用总结

timerfd是Linux为用户程序提供的一个定时器接口。这个接口基于文件描述符，通过文件描述符的可读事件进行超时通知，所以能够被用于select/poll的应用场景。timerfd是linux内核2.6.25版本中加入的借口。

timerfd、eventfd、signalfd配合epoll使用，可以构造出一个零轮询的程序，但程序没有处理的事件时，程序是被阻塞的。这样的话在某些移动设备上程序更省电。

clock_gettime函数可以获取系统时钟，精确到纳秒。需要在编译时指定库：-lrt。可以获取两种类型事件：

CLOCK_REALTIME：相对时间，从1970.1.1到目前的时间。更改系统时间会更改获取的值。也就是，它以系统时间为坐标。

CLOCK_MONOTONIC：与CLOCK_REALTIME相反，它是以绝对时间为准，获取的时间为系统重启到现在的时间，更改系统时间对齐没有影响。

timerfd_create：

生成一个定时器对象，返回与之关联的文件描述符。接收两个入参，一个是clockid，填写CLOCK_REALTIME或者CLOCK_MONOTONIC，参数意义同上。第二个可以传递控制标志：TFD_NONBLOCK（非阻塞），TFD_CLOEXEC（同O_CLOEXEC）

注：timerfd的进度要比usleep要高。

timerfd_settime：能够启动和停止定时器；可以设置第二个参数：flags，0表示是相对定时器，TFD_TIMER_ABSTIME表示是绝对定时器。

第三个参数设置超时时间，如果为0则表示停止定时器。定时器设置超时方法：

1、设置超时时间是需要调用 clock_gettime 获取当前时间，如果是绝对定时器，那么需要获取 CLOCK_REALTIME，在加上要超时的时间。如果是相对定时器，要获取 CLOCK_MONOTONIC时间。

2、数据结构： 

   struct timespec {

               time_t tv_sec;                /* Seconds */
               long   tv_nsec;               /* Nanoseconds */
           };

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

      it_value是首次超时时间，需要填写从 clock_gettime获取的时间，并加上要超时的时间。 it_interval是后续周期性超时时间，是多少时间就填写多少。

     注意一个容易犯错的地方：tv_nsec加上去后一定要判断是否超出1000000000（如果超过要秒加一），否则会设置失败。

     

     it_interval不为0则表示是周期性定时器。

     it_value和it_interval都为0表示停止定时器。

注： timerfd_create第一个参数和 clock_gettime的第一个参数都是 CLOCK_REALTIME或者 CLOCK_MONOTONIC， timerfd_settime的第二个参数为0（相对定时器）或者TFD_TIMER_ABSTIME，三者的关系：

1、如果 timerfd_settime设置为 TFD_TIMER_ABSTIME（决定时间），则后面的时间必须用 clock_gettime来获取，获取时设置 CLOCK_REALTIME还是 CLOCK_MONOTONIC取决于 timerfd_create设置的值。

2、如果 timerfd_settime设置为 0（相对定时器），则后面的时间必须用相对时间，就是：

    new_value.it_value.tv_nsec = 500000000;

    new_value. it_value .tv_sec = 3;

    new_value. it_interval .tv_sec = 0;

    new_value. it_interval .tv_nsec = 10000000;

read函数可以读timerfd，读的内容为uint_64，表示超时次数。

timerfd简单的性能测试：

申请1000个定时器，超时间定位1s，每秒超时一次，发现cpu占用率在3.0G的cpu上大概为1%，10000个定时器的话再7%左右，而且不会出现同时超时两个的情况，如果有printf到前台，则一般会出现定时器超时多次（3-5）才回调。

timerfd是Linux为用户程序提供的一个定时器接口。这个接口基于文件描述符，所以能够被用于select/poll的应用场景。

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。

timerfd_release

timerfd_release函数释放timerfd_create函数中申请的资源，删除已分配的定时器。