Linux 定时器：采用基于升序双向链表的定时器处理非活动连接

lst_timer.h

#ifndef LST_TIMER
#define LST_TIMER
//#pragma once
#include 
#define BUFFER_SIZE 64
class util_timer;    /*向前声明*/
//用户数据结构、客户端socket地址、socket文件描述符、读缓存器和定时器
struct client_data
{
    sockaddr_in address;
    int sockfd;
    char buf[BUFFER_SIZE];
    util_timer* timer;
};
/*定时器类*/
class util_timer
{
public:
    util_timer():prev(NULL),next(NULL){}

public:
    time_t expire;    /*任务的超时时间*/
    void (*cb_func)(client_data* );  /*任务回调函数*/
    /*回调函数处理的客户数据，由定时器的执行者交给回调函数*/
    client_data* user_data;
    util_timer* prev;   /* 指向前一个定时器 */
    util_timer* next;   /* 指向下一个定时器 */
};
/* 定时器链表，它是一个升序、双向链表，且带有头结点和尾节点 */
class sort_timer_lst
{
public:
    sort_timer_lst():head(NULL),tail(NULL){}
    /* 链表被销毁时，删除其中所有定时器 */
    ~sort_timer_lst()
    {
        util_timer* tmp = head;
        while(tmp)
        {
            head=tmp->next;
            delete tmp;
            tmp=head;
        }
    }
    /* 将目标定时器timer添加到链表中 */
    void add_timer(util_timer* timer)
    {
        if(!timer)
        {
            return;
        }
        if(!head)
        {
            head=tail=timer;
            return;
        }
        /*如果目标定时器的超时时间小于当前链表中所有定时器的超时时间，则把该定时器插入链表头部，作为链表的头结点。*/
        /*否则就需要调用重载函数add_timer(util_timer* timer,util_timer* lst_head),把它插入链表中合适的位置，以确保链表的升序特性*/
        if(timer->expire < head->expire)
        {
            timer->next=head;
            head->prev=timer;
            head=timer;
            return;
        }
        add_timer(timer,head);
    }
    /*某个定时任务发生变化时，调整对应的定时器在链表中的位置。这个函数只考虑被调整的定时器的超时时间延长的情况，即该定时器需要往链表的尾部移动*/
    void adjust_timer(util_timer* timer)
    {
        if(!timer)
        {
            return;
        }
        util_timer* tmp = timer->next;
        /*如果被调整的目标定时器处在链表尾部，或者该定时器新的超时值仍然小于其下一个定时器的超时值，则不用调整*/
        if(!tmp || (timer->expire < tmp->expire))
        {
            return;
        }
        /*如果目标定时器是链表的头结点，则将定时器从链表中取出并重新插入链表*/
        if(timer == head)
        {
            head = head->next;
            head->prev = NULL;
            timer->next = NULL;
            add_timer(timer,head);
        }
        /*如果定时器不是链表的头结点，则将定时器从链表中取出，然后插入其原来所在位置之后的部分链表中*/
        else
        {
            timer->next->prev = timer->prev;
            timer->prev->next = timer->next;
            add_timer(timer,timer->next);
        }
    }
    /* 将目标定时器timer从链表中移除 */
    void del_timer(util_timer* timer)
    {
        if(!timer)
        {
            return;
        }
        /*下面这个条件成立表示链表中只有一个定时器，即目标定时器*/
        if((timer==head) && (timer==tail))
        {
            delete timer;
            head = NULL;
            tail = NULL;
            return;
        }
        /*如果链表中至少有两个定时器，且目标定时器是链表的尾节点，则将链表的尾节点重置为原尾节点的前一个节点，然后删除目标定时器*/
        if(timer==tail)
        {
            tail = tail->prev;
            tail->next = NULL;
            delete timer;
            return;
        }
        /*如果目标定时器位于链表的中间，则把它前后的定时器串联起来，然后删除目标定时器*/
        timer->next->prev = timer->prev;
        timer->prev->next = timer->next;
        delete timer;
    }
    /* SIGALRM信号每次被触发就在其信号处理函数(如果使用统一事件源，则是主函数)中执行一次tick函数，以处理链表上到期的任务*/
    void tick()
    {
        if(!head)
        {
            return;
        }
        printf("timer tick\n");
        time_t cur = time(NULL);    /*获得系统当前的时间*/
        util_timer* tmp = head;
        /*从头结点开始依次处理每个定时器，直到遇到一个尚未到期的定时器，这就是定时器的核心逻辑*/
        while(tmp)
        {
            /*因为每个定时器都使用绝对时间作为超时值，所以我们可以把定时器的超时值和系统当前时间，比较以判断定时器是否到期*/
            if(cur < tmp->expire)
            {
                break;
            }
            /*调用定时器的回调函数，以执行定时任务*/
            tmp->cb_func(tmp->user_data);
            /*执行完定时器中的定时任务之后，就将它从链表中删除，并重置链表头结点*/
            head = tmp->next;
            if(head)
            {
                head->prev = NULL;
            }
            delete tmp;
            tmp = head;
        }
    }
private:
    /*将目标定时器timer添加到节点lst_head之后的部分链表中*/
    void add_timer(util_timer* timer,util_timer* lst_head)
    {
        util_timer* prev_node = lst_head;
        util_timer* tmp_node = prev_node->next;
        /*遍历链表lst_head节点后的部分链表，直到找到一个超时时间大于目标定时器的超时时间的节点，并将目标定时器插入该节点之前*/
        while(tmp_node)
        {
            if(timer->expire < tmp_node->expire)
            {
                prev_node->next = timer;
                timer->next = tmp_node;
                tmp_node->prev = timer;
                timer->prev = prev_node;
                break;
            }
            prev_node = tmp_node;
            tmp_node = prev_node->next;
        }
        /*如果遍历完lst_head节点后的部分链表，仍未找到超时时间大于目标定时器的超时时间节点，则将目标定时器插入链表表尾，并将它设置为链表尾节点*/
        if(!tmp_node)
        {
            prev_node->next=timer;
            timer->next=NULL;
            timer->prev=prev_node;
            tail=timer;
        }
    }
private:
    util_timer* head;
    util_timer* tail;
};
#endif

main.c

#include 
#include "lst_timer.h"
#define FD_LIMIT 65535
#define MAX_EVENT_NUMBER 1024
#define TIMESLOT 5
static int pipefd[2];
static sort_timer_lst timer_lst;
static int epollfd = 0;
//将文件描述符fd设置成非阻塞的
int setnonblocking(int fd)    
{
    int old_option = fcntl(fd,F_GETFL);  
    int new_option = old_option|O_NONBLOCK;
    fcntl(fd,F_SETFL,new_option);
    return old_option;
}
//将文件描述符fd上的EPOLLIN和EPOLLET注册到epollfd指示的epoll内核事件
void addfd(int epollfd, int fd)   
{
    struct epoll_event event;
    event.data.fd = fd;
    event.events = EPOLLIN|EPOLLET;
    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&event);
    setnonblocking(fd);
}
//信号处理函数
void sig_handler(int sig)
{
    /* 保留原来的errno,在函数最后恢复，以保证函数的可重入性*/
    int save_errno = errno;
    int msg = sig;
    send(pipefd[1],(char*)&msg,1,0);   //将信号值写入管道，以通知主循环
    errno = save_errno;
}
//设置信号的处理函数
void addsig(int sig)
{
    struct sigaction sa;
    memset(&sa,0,sizeof(sa));
    sa.sa_handler=sig_handler;
    sa.sa_flags |= SA_RESTART;
    sigfillset(&sa.sa_mask);
    assert(sigaction(sig,&sa,NULL) != -1);   //sa里面包含信号处理函数地址，处理方式等信息
}

void timer_handler()
{
    /* 定时处理任务，实际上就是调用tick函数 */
    timer_lst.tick();
    /*因为一次alarm调用只会引起一次SIGALRM信号，所以我们需要重新定时，以不断地触发SIGALRM信号*/
    alarm(TIMESLOT);
}
/* 定时器回调函数，它删除非活动连接socket上的注册时间，并关闭之*/
void cb_func(client_data* user_data)
{
    epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, user_data->sockfd, 0);
    assert(user_data);
    close(user_data->sockfd);
    printf("close  fd %d\n",user_data->sockfd);
}
int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc <= 2)
    {
        printf("usage: %s ip_address port_number\n",basename(argv[0]));
        return -1;
    }
    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);

    int ret = 0;
    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address,sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET,ip,&address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port);

    int listenfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    assert(listenfd >= 0);

    ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
    if(ret==-1)
    {
        printf("errno is %d\n", errno);
        return -1;
    }

    ret = listen(listenfd,5);
    assert(ret != -1);

    struct epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];
    int epollfd = epoll_create(5);
    assert(epollfd != -1);
    addfd(epollfd,listenfd);

    /*使用socketpair创建管道，注册pipefd[0]上的可读事件*/
    ret = socketpair(PF_UNIX,SOCK_STREAM,0,pipefd);
    assert(ret != -1);
    setnonblocking(pipefd[1]);
    addfd(epollfd,pipefd[0]);
    /*设置一些信号的处理函数*/
    addsig(SIGTERM);
    addsig(SIGALRM);
    bool stop_server = false;

    client_data* users = new client_data[FD_LIMIT];
    bool timeout = false;
    alarm(TIMESLOT);    /* 定时 */
    while(!stop_server)
    {
        int number = epoll_wait(epollfd,events,MAX_EVENT_NUMBER,-1);
        if((number < 0) && (errno != EINTR))
        {
            printf("epoll failure\n");
            break;
        }
        for (int i = 0; i < number; i++)
        {
            int sockfd = events[i].data.fd;
            /*如果说就绪的文件描述符是listenfd,则处理新到的客户连接*/
            if(sockfd == listenfd)
            {
                struct sockaddr_in client_address;
                socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);
                int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_address,&client_addrlength);
                addfd(epollfd,connfd);

                users[connfd].address = client_address;
                users[connfd].sockfd = connfd;
                /* 创建定时器，设置其回调函数与超时时间，然后绑定定时器与用户数据，最后将定时器添加到链表timer_lst中*/
                util_timer* timer = new util_timer;
                timer->user_data = &users[connfd];
                timer->cb_func = cb_func;
                time_t cur = time(NULL);
                timer->expire = cur + 3 * TIMESLOT;
                users[connfd].timer = timer;
                timer_lst.add_timer(timer);
            }
            /* 如果就绪的文件描述符是pipefd[0],则处理信号*/
            else if((sockfd == pipefd[0]) && (events[i].events & EPOLLIN))
            {
                int sig;
                char signals[1024];
                ret = recv(pipefd[0],signals,sizeof(signals),0);
                if(ret==-1)    //recv出错
                {
                    continue;   //handle the error
                }
                else if(ret == 0)    //对端断开，描述符可读，recv返回0
                {
                    continue;
                }
                else
                {
                    /*因为每个信号值占1个字节，所以按字节来逐个接收信号，我们以SIGTERM为例，来说明如何安全地终止服务器主循环*/
                    for (int i = 0; i < ret; ++i)
                    {
                        switch(signals[i])
                        {
                        case SIGALRM:
                            {
                                /*用timeout变量标记有定时任务需要处理，但不立即处理定时任务。这是因为定时任务的优先级不是很高，我们先处理其他更重要的任务*/
                                timeout = true;
                                break;
                            }
                        case SIGTERM:
                            {
                                stop_server = true;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            /*处理客户连接上接收到的数据*/
            else if(events[i].events & EPOLLIN)
            {
                memset(users[sockfd].buf,0,BUFFER_SIZE);
                ret = recv(sockfd,users[sockfd].buf,BUFFER_SIZE-1,0);
                printf("get %d bytes of client data %s from %d\n",ret,users[sockfd].buf,sockfd);
                util_timer* timer = users[sockfd].timer;
                if (ret < 0)
                {
                    /*如果发生读错误，则关闭连接，并移除其对应的定时器*/
                    if(errno != EAGAIN)
                    {
                        cb_func(&users[sockfd]);
                        if(timer)
                        {
                            timer_lst.del_timer(timer);
                        }
                    }
                }
                else if (ret == 0)
                {
                    /* 如果对方已经关闭连接，则我们也关闭连接，并移除对应的定时器*/
                    cb_func(&users[sockfd]);
                    if(timer)
                    {
                        timer_lst.del_timer(timer);
                    }
                }
                else
                {
                    /* 如果某个客户连接上有数据可读，则我们要调整连接上对应的定时器，以延迟该连接被关闭的时间 */
                    if(timer)
                    {
                        time_t cur = time(NULL);
                        timer->expire = cur + 3 * TIMESLOT;
                        printf("adjust timer once\n");
                        timer_lst.adjust_timer(timer);
                    }
                }
            }
            else
            {
                //others

            }
        }
        /* 最后处理定时事件，因为I/O事件有更高的优先级。当然，这样做导致定时任务不能精确地按照预期地时间执行*/
        if(timeout)
        {
            timer_handler();
            timeout = false;
        }
    }
    printf("close fds\n");
    close(listenfd);
    close(pipefd[1]);
    close(pipefd[0]);
    delete [] users;
    return 0;
}

摘自：Linux 高性能服务器编程