Linux中timerfd系列函数使用指南
timerfd_create, timerfd_settime, timerfd_gettime系列函数将定时器的实现与文件描述符绑定在一起，定时器超时的那一刻文件描述符变得可读，因此可以很好的与 select、poll 和 epoll 结合在一起使用。
timerfd_create 系统调用将创建一个定时器并与一个文件描述符进行关联。
timerfd_settime 启动或停止一个定时器。
timerfd_gettime 用于获取距下一个到期的定时器的时间信息。
#include timerfd_create
clockid 参数用于指定定时器类型，必须指定为下列参数值中的一个。参数值的具体含义，这里不赘述，请使用man手册查看。
| 参数值 | 描述 |
|---|---|
| CLOCK_REALTIME | |
| CLOCK_MONOTONIC | |
| CLOCK_BOOTTIME (Since Linux 3.15) | |
| CLOCK_REALTIME_ALARM (since Linux 3.11) | |
| CLOCK_BOOTTIME_ALARM (since Linux 3.11) |
clockid 常用的参数值为 CLOCK_REALTIME 和 CLOCK_MONOTONIC。
CLOCK_REALTIME 表示的测量真实时间(即挂钟 wall-clock)的全系统时钟。
CLOCK_MONOTONIC 表示定时器使用的时钟是一个单调递增的时钟，不受系统时间的调整影响 。(man clock_gettime)
flags 参数可以为 TFD_NONBLOCK 和 TFD_CLOEXEC 的或运算。
timerfd_settime
fd 参数表示 timerfd_create 创建返回的文件描述符。
new_value 参数用于指定定时器的过期时间，old_value 如果不为空，用于获取调用 timerfd_settime 时的计数器设置，具体见下面 timerfd_gettime 的描述。
new_value 和 old_value 使用结构体 itimerspec 表示，该结构体类型如下所示：
struct timespec {
time_t tv_sec; /* Seconds */
long tv_nsec; /* Nanoseconds */
};
struct itimerspec {
struct timespec it_interval; /* 定时器的周期间隔 */
struct timespec it_value; /* 初始过期时间 */
};
对于参数 new_value，new_value.it_value 设置了定时器的初始过期时间，若new_value.it_value 的两个字段都被设置为0，则表示暂停该定时器；new_value.it_interval 表示定时器的时间间隔，若new_value.it_interval 的两个字段参数都为0，则表示该定时器只会过期一次，否则，定时器每重复 new_value.it_interval 的时间间隔过期一次。
默认情况下（flags 设置为0），定时器使用相对时间计时，即从调用 timerfd_settime 设置超时时间的那一时刻起 new_value.it_value 指定的时间间隔后，定时器会超时。
需要注意，可以多次调用 timerfd_settime，若上次调用 timerfd_settime 启动的定时器还为超时，则这次调用的 timerfd_settime 会覆盖掉上次还没超时的定时器，即上次设置的定时器会失效。
下面看两个例子：
示例一：设置一个定时器，死等定时器超时（通过read进行阻塞读）
#include 示例二：设置一个周期定时器
// 省略相关头文件
int main()
{
struct itimerspec expire_time;
bzero(&expire_time, sizeof(expire_time));
int timerfd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, TFD_NONBLOCK | TFD_CLOEXEC);
int epollfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
struct epoll_event events[5];
bzero(events, sizeof(events));
struct epoll_event timer_event;
bzero(&timer_event, sizeof(timer_event));
timer_event.events = EPOLLIN;
timer_event.data.fd = timerfd;
expire_time.it_value.tv_sec = 5;
// 5s 的定时周期
expire_time.it_interval.tv_sec = 5;
if (timerfd_settime(timerfd, 0, &expire_time, nullptr) < 0) {
error_message("timerfd_create error");
}
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, timerfd, &timer_event);
struct timespec curr_time;
while (true) {
int num = epoll_wait(epollfd, events, 5, -1);
bzero(&curr_time, sizeof(curr_time));
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr_time);
std::cout << "curr time: sec-" << curr_time.tv_sec << ", nano-" << curr_time.tv_nsec << std::endl;
for (int i = 0; i < num; ++i) {
int fd = events[i].data.fd;
if (fd == timerfd) {
std::cout << "timer timeout once." << std::endl;
uint64_t howmany;
ssize_t n = read(timerfd, &howmany, sizeof(howmany));
std::cout << "howmany: " << howmany << std::endl;
}
}
}
}
/*
运行输出：
curr time: sec-103737, nano-656002232
timer timeout once.
howmany: 1
curr time: sec-103742, nano-655951279
timer timeout once.
howmany: 1
curr time: sec-103747, nano-655957241
timer timeout once.
howmany: 1
curr time: sec-103752, nano-655909670
timer timeout once.
howmany: 1
...
*/
若要使用绝对时间设置超时时间，可以设置第二个参数 flags。
flags 参数可以由下列值进行或运算设置，若使用默认行为，则设置为0。
TFD_TIMER_ABSTIME若被设置，则当 new_value.it_value 所指定的时刻到达时，定时器超时。TFD_TIMER_CANCEL_ON_SET若被设置。If this flag is specified along with TFD_TIMER_ABSTIME and the clock for this timer is CLOCK_REALTIME or CLOCK_REALTIME_ALARM, then mark this timer as cancelable if the real-time clock undergoes a discontinuous change (settimeofday(2), clock_settime(2), or similar). When such changes occur, a current or future read(2) from the file descriptor will fail with the error ECANCELED.
下面给出一个使用绝对时间设置定时器超时的例子：
int main()
{
int timerfd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, TFD_CLOEXEC);
struct itimerspec new_val;
struct timespec curr_time;
bzero(&new_val, sizeof(new_val));
bzero(&curr_time, sizeof(curr_time));
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr_time);
std::cout << "curr_time: " << curr_time.tv_sec
<< " seconds, " << curr_time.tv_nsec << "nanoseconds" << std::endl;
// 使用绝对时间设置定时器的超时时间
new_val.it_value.tv_sec = curr_time.tv_sec + 5;
timerfd_settime(timerfd, TFD_TIMER_ABSTIME, &new_val, nullptr);
uint64_t howmany;
ssize_t n = read(timerfd, &howmany, sizeof(howmany));
bzero(&curr_time, sizeof(curr_time));
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr_time);
std::cout << "curr_time: " << curr_time.tv_sec
<< " seconds, " << curr_time.tv_nsec << "nanoseconds" << std::endl;
close(timerfd);
}
timerfd_gettime
timerfd_gettime 用于获取 fd 所指定的定时器的时间信息，具体地，将定时器的到期时刻距离调用timerfd_gettime 时刻之间的时间间隔存储到 curr_value.it_value 中，而 curr_value.it_interval 保存了下一个定时事件的定时周期。下面看一个例子：
int main()
{
int timerfd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, TFD_CLOEXEC);
struct itimerspec new_val, old_val;
bzero(&new_val, sizeof(new_val));
bzero(&old_val, sizeof(old_val));
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &old_val.it_value);
// 调用 timerfd_settiem 时的时间
std::cout << "sec: " << old_val.it_value.tv_sec << ", nano: " << old_val.it_value.tv_nsec << std::endl;
bzero(&old_val, sizeof(old_val));
new_val.it_value.tv_sec = 10;
timerfd_settime(timerfd, 0, &new_val, &old_val);
// 因为 timerfd_settime 在此处是第一次调用，因此 old_val 的值为0
std::cout << "sec: " << old_val.it_value.tv_sec << ", nano: " << old_val.it_value.tv_nsec << std::endl;
sleep(3);
bzero(&old_val, sizeof(old_val));
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &old_val.it_value);
// sleep 3s 后，获取当前时刻的时间
std::cout << "sec: " << old_val.it_value.tv_sec << ", nano: " << old_val.it_value.tv_nsec << std::endl;
bzero(&old_val, sizeof(old_val));
timerfd_settime(timerfd, 0, &new_val, &old_val);
// 第二次调用 timerfd_settime,
// 因为上一次调用 timerfd_settime 设置的定时器还未超时，因此上次的定时器失效
// 距离上次设置的定时器超时还剩的时间间隔会被设置到 old_val 中
std::cout << "sec: " << old_val.it_value.tv_sec << ", nano: " << old_val.it_value.tv_nsec << std::endl;
uint64_t howmany;
// 阻塞读
ssize_t n = read(timerfd, &howmany, sizeof(howmany));
// 定时器超时时刻
bzero(&old_val, sizeof(old_val));
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &old_val.it_value);
std::cout << "sec: " << old_val.it_value.tv_sec << ", nano: " << old_val.it_value.tv_nsec << std::endl;
}
// 观察输出结果：
/*
sec: 105111, nano: 956075955
sec: 0, nano: 0
sec: 105114, nano: 956573191
sec: 6, nano: 999455855
sec: 105124, nano: 956734201
*/