Linux使用定时器timerfd 和 eventfd接口实现进程线程通信

Posted 2020-12-25 正在加载……

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux使用定时器timerfd 和 eventfd接口实现进程线程通信相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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);
timerfd_create ●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	timerfd_settime ●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
操作 ●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);

参数解释：

●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。

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);

example:

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 ";

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 ";

}

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 ";

//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 ";

}

wait(NULL);

}

//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

//parent read 3 from efd

//child completed write loop

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;

}

//Fri Apr 20 11:12:22 2018

//Fri Apr 20 11:12:27 2018

//timerfd read cnt 1

//Fri Apr 20 11:12:30 2018

//timerfd read cnt 1

//Fri Apr 20 11:12:33 2018

//timerfd read cnt 1

//Fri Apr 20 11:12:36 2018

//timerfd read cnt 1

//Fri Apr 20 11:12:39 2018

//timerfd read cnt 1

//Fri Apr 20 11:12:42 2018

//timerfd read cnt 1

//^C

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

//Fri Apr 20 11:29:53 2018

//Fri Apr 20 11:29:54 2018

//Fri Apr 20 11:29:55 2018

//Fri Apr 20 11:29:56 2018

//^C

以上是关于Linux使用定时器timerfd 和 eventfd接口实现进程线程通信的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

linux手册翻译——timerfd_create(2)

Linux Timer定时器

(二十四)linux新定时器：timefd及相关操作函数

muduo网络库学习笔记(10)：定时器的实现

linux下c++的clock统计时间怎么不准

Linux定时器接口