Linux使用定时器timerfd 和 eventfd接口实现进程线程通信

timerfd是Linux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/epoll的应用场景。timerfd是linux内核2.6.25版本中加入的接口。

可以实现定时器的功能，将定时器抽象为文件描述符，当定时器到期时可以对其read，这样也可以放到监听队列的主循环中。timerfd有数据可读要把它读走，不然定时器失效

#include <sys/timerfd.h>

    int timerfd_create(int clockid, int flags);

    int timerfd_settime(int fd, int flags,

                        const struct itimerspec *new_value,

                        struct itimerspec *old_value);

●功能：该函数生成一个定时器对象，返回与之关联的文件描述符。

●参数详解：

-clockid: 可设置为

       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，它以系统时间为坐标。

       CLOCK_MONOTONIC：绝对时间，获取的时间为系统重启到现在的时间，更改系统时间对其没有影响。

-flags: 可设置为

       TFD_NONBLOCK（非阻塞），

       TFD_CLOEXEC（同O_CLOEXEC）

       linux内核2.6.26版本以上都指定为0

●功能：该函数能够启动和停止定时器

●参数详解：

-fd: timerfd对应的文件描述符

-flags:

      0表示是相对定时器

      TFD_TIMER_ABSTIME表示是绝对定时器

-new_value:设置超时时间，如果为0则表示停止定时器。

-old_value:

      一般设为NULL, 不为NULL,则返回定时器这次设置之前的超时时间

●read：读取缓冲区中的数据，其占据的存储空间为sizeof(uint_64)，表示超时次数。

　　　　

●select/poll/epoll：当定时器超时时，会触发定时器相对应的文件描述符上的读操作，IO复用操作会返回，然后再去对该读事件进行处理。

struct itimerspec {

              struct timespec it_interval; /* Interval for periodic timer */间隔时间

              struct timespec it_value;    /* Initial expiration */初始到期时间

          };

struct timespec {

              time_t tv_sec;        /* Seconds */

              long  tv_nsec;        /* Nanoseconds */

          };

eventfd的主要是用于进程或者线程间通信(如通知/等待机制的实现)。

实现了线程之间事件通知的方式，eventfd的缓冲区大小是sizeof(uint64_t)；向其write可以递增这个计数器，read操作可以读取，并进行清零；eventfd也可以放到监听队列中，当计数器不是0时，有可读事件发生，可以进行读取。

#include <sys/eventfd.h>

int eventfd(unsigned int initval, int flags);

●如果是2.6.26或之前版本的内核，flags 必须设置为0。

●initval：初始化计数器值，该值保存在内核.

●flags支持以下标志位：

  - EFD_NONBLOCK 类似于使用O_NONBLOCK标志设置文件描述符。

  - EFD_CLOEXEC  类似open以O_CLOEXEC标志打开，O_CLOEXEC 应该表示执行exec()时，之前通过open()打开的文件描述符会自动关闭.

●返回值：函数返回一个文件描述符，与打开的其他文件一样，可以进行读写操作。

●read：如果计数器A的值不为0时，读取成功，获得该值。如果A的值为0，非阻塞模式时，会直接返回失败，并把error置为EINVAL;如果为阻塞模式，一直会阻塞到A为非0为止。

●write：将缓冲区写入的8字节整形值加到内核计数器上，即会增加8字节的整数在计数器A上，如果其值达到0xfffffffffffffffe时，就会阻塞（在阻塞模式下），直到A的值被read。

write操作，写入的数据会加到计数器上，read操作读走计数器上的值后会把计数器置为0.

#include <poll.h>

    int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

fds      可以传递多个结构体，也就是说可以监测多个驱动设备所产生的事件，只要有一个产生了请求事件，就能立即返回

nfds     监测驱动文件的个数

timeout  超时时间，单位为ms -1永久等待，0立即返回

---

events:

POLLIN       有数据可读

POLLRDNORM   有普通数据可读，等效与POLLIN

POLLPRI      有紧迫数据可读

POLLOUT      写数据不会导致阻塞

POLLER       指定的文件描述符发生错误

POLLHUP      指定的文件描述符挂起事件

POLLNVAL     无效的请求，打不开指定的文件描述符

返回值：

有事件发生   返回revents域不为0的文件描述符个数（也就是说事件发生，或者错误报告）

超时        返回0；

失败　　    返回-1，并设置errno为错误类型

失败返回-1的错误码->EINTR　请求的事件之前产生一个信号，调用可以重新发起。

// #define EINTR 4   /* Interrupted system call */

struct pollfd {

               int   fd;      

/* file descriptor *//* 文件描述符 */

               short events;  

/* requested events *//* 请求的事件类型，监视驱动文件的事件掩码 */

               short revents; 

/* returned events *//* 驱动文件实际返回的事件 */

           };

---

poll机制就是给定一段时间，在这一段时间内程序处于睡眠状态一直等待某一个资源，它会在两种情况下返回

①时间到了.

②等到了资源.

---

等待期间将进程休眠，利用事件驱动来唤醒进程，将更能提高CPU的效率。

#include <stdlib.h>

int atoi(const char *nptr);

long atol(const char *nptr);

long long atoll(const char *nptr);

eventfd.cpp

#include<iostream>

#include<unistd.h>

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<sys/eventfd.h>

#include<sys/poll.h>

#define handle_error(msg) \

           do{\

                   perror(msg);\

                   exit(EXIT_FAILURE);\

                }while(0)

using namespace std;

int main(int argc,char** argv)

{

        uint64_t u;

        int efd = eventfd(10,0);  // 计数器的初值为10,第二个参数写0

        //最新的进程/线程通信

        if(-1==efd)

        {

                handle_error("eventfd");

        }

        int ret = fork();

        if(0==ret)

        {

                for(int j=1;j<argc;++j)

                {

                        u = atoll(argv[j]);

                        cout<<"child writing "<<u<<" to efd"<<endl;

                        ssize_t s = write(efd,&u,sizeof(uint64_t));  // 会把写入的数据累加到计数器上

                        if(s!=sizeof(uint64_t))

                        {

                                handle_error("write");

                        }

                }

                cout<<"child completed write loop\n";

                exit(EXIT_SUCCESS);

        }

        else

        {

                //sleep(2);  // 等子进程创建好,并循环完毕

                for(int i=0;i<argc-1;++i)

                {

                        ssize_t s = read(efd,&u,sizeof(uint64_t));  // 读完计数器会自动清0

                        if(s!=sizeof(uint64_t))

                        {

                                handle_error("read");

                        }

                        cout<<"parent read "<<u<<" from efd\n";

                }

                exit(EXIT_SUCCESS);

        }

}

//父进程在睡眠2s的过程中，子进程已经完成了for循环，向内核的计数器上写了1,2,3;

//加上初值10,一共就是16

//child writing 1 to efd

//child writing 2 to efd

//child writing 3 to efd

//child completed write loop

//parent read 16 from efd

//父进程不睡眠，for循环读走所有输入

//父进程先于子进程运行，读走了计数器的值10，计数器此时值变为0，后面父进程读操作处于阻塞状态

//等到子进程写入1的时候唤醒父进程，父进程接着读。

//$>./a.out 1 2 3

//parent read 10 from efd

//child writing 1 to efd

//parent read 1 from efd

//child writing 2 to efd

//parent read 2 from efd

//$>child writing 3 to efd

// 结果这样是因为父进程循环次数，第一次来就读了一次，所有最后子进程写3的时候父进程已经退出了

eventfd+poll.cpp

#include<iostream>

#include<unistd.h>

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<sys/eventfd.h>

#include<sys/poll.h>

#include<sys/wait.h>

#define handle_error(msg)

           do{

                   perror(msg);

                   exit(EXIT_FAILURE);

                }while(0)

using namespace std;

int main(int argc,char** argv)

{

        uint64_t u;

        int efd = eventfd(0,0);  // 计数器的初值为0,第二个参数写0

        //最新的进程/线程通信

        if(-1==efd)

        {

                handle_error("eventfd");

        }

        int ret = fork();

        if(0==ret)

        {

                for(int j=1;j<argc;++j)

                {

                        u = atoll(argv[j]);

                        cout<<"child writing "<<u<<" to efd"<<endl;

                        ssize_t s = write(efd,&u,sizeof(uint64_t));

                        if(s!=sizeof(uint64_t))

                        {

                                handle_error("write");

                        }

                }

                cout<<"child completed write loop\n";

                //exit(EXIT_SUCCESS);

        }

        else

        {

                struct pollfd ppfd;

                ppfd.fd = efd;

                ppfd.events = POLLIN;

                for(int i=1;i<argc;++i)

                {

                        poll(&ppfd,1,-1);  // 事件在等待ppfd可读，等待过程中父进程睡眠(休眠) 

        // 事件发生就唤醒，接着向下执行

        // 没有这个读一次就会卡住

                        ssize_t s = read(efd,&u,sizeof(uint64_t));

                        if(s!=sizeof(uint64_t))

                        {

                                handle_error("read");

                        }

                        cout<<"parent read "<<u<<" from efd\n";

                }

                wait(NULL);

        }

}

timerfd.cpp

#include<iostream>

#include<sys/timerfd.h>

#include<unistd.h>

#include<stdio.h>

#include<string.h>

#include<time.h>

using namespace std;

int main()

{

        int timerfd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME,0);

        if(-1==timerfd)

        {

                perror("timerfd_create");

                return -1;

        }

        struct itimerspec new_value;

        memset(&new_value,0,sizeof(itimerspec));

        new_value.it_value.tv_sec = 5; //初始到期时间

        new_value.it_interval.tv_sec = 3;  //间隔时间

        int ret = timerfd_settime(timerfd,0,&new_value,NULL);

        if(-1==ret)

        {

                perror("timerfd_settimer");

                return -1;

        }

        long int timeNum;

        time_t t;

        time(&t);  // 获取当前秒数

        // 读到的是个8位的整数

        cout<<ctime(&t)<<endl;

        while(ret = read(timerfd,&timeNum,8),time(&t),cout<<ctime(&t))  // 时间到,timerfd可读,要把数据读走,不然阻塞,定时器没法正常工作了

        {

                cout<<"timerfd read cnt "<<timeNum<<endl<<endl;

        }

}

timerfd+poll.cpp

#include<iostream>

#include<time.h>

#include<poll.h>

#include<sys/timerfd.h>

#include<string.h>

#include<unistd.h>

using namespace std;

int main()

{

        int timerfd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME,0);

        struct itimerspec new_value;

        memset(&new_value,0,sizeof(new_value));

        new_value.it_interval.tv_sec = 1;  //时间间隔

        new_value.it_value.tv_sec = 5;  //初始时间

        timerfd_settime(timerfd,0,&new_value,NULL);

        struct pollfd fd;

        bzero(&fd,sizeof(pollfd));

        fd.fd = timerfd;

        fd.events = POLLIN;

        time_t t;

        time(&t);

        cout<<ctime(&t)<<endl;

        while(1)

        {

                int ret = poll(&fd,1,-1);  // 永久等待时间发生

                if(ret>0)

                {

                        time(&t);

                        cout<<ctime(&t)<<endl;

                        long long int tmp;

                        read(timerfd,&tmp,sizeof(long long int));  // 读走数据，不然会一直触发

                }

                else

                {

                        return -1;

                }

        }

}

//Fri Apr 20 11:29:48 2018

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