linux手册翻译——timerfd_create(2)

timerfd_create, timerfd_settime, timerfd_gettime - timers that notify via file descriptors

这些系统调用创建并 *** 作一个计时器，计时器通过文件描述符来通知计时到期，这样就可以通过 select(2)、poll(2) 和 epoll(7) 监视文件描述符从而监听计时器。

这三个系统调用的使用类似于 timer_create(2)、timer_settime(2) 和 timer_gettime(2) 。 （没有与timer_getoverrun(2) 类似的系统调用，因为该功能由 read(2) 提供，如下所述。）

int timerfd_create(int clockid, int flags)

timerfd_create() 创建一个新的计时器对象，并返回引用该计时器的文件描述符。 clockid 参数指定使用那种类型的时钟(clock)来实现计时器(timer)，并且必须是以下之一：

有关上述时钟的更多详细信息，请参阅clock_getres(2)。

可以使用clock_gettime(2) 获取每个时钟的当前值。

从 Linux 2.6.27 开始，可以在标志中对以下值进行按位 OR 运算以更改 timerfd_create() 的行为：

在 2.6.26 及包括 2.6.26 的 Linux 版本中，标志必须指定为零。

int timerfd_settime(int fd, int flags, const struct itimerspec *new_value, struct itimerspec *old_value)

timerfd_settime() arms (starts) or disarms (stops) the timer referred to by the file descriptor fd.

new_value 参数指定计时器的初始到期时间和到期间隔（换句话说，计时器开始执行后，将会在到达初始到期时间时报告一次，此后每过一个到期间隔就会报告一次）。 用于此参数的 itimerspec 结构包含两个字段，每个字段又是一个 timespec 类型的结构：

new_value.it_value 指定计时器的初始到期时间，以秒和纳秒为单位。 将 new_value.it_value 的任一字段设置为非零值，即可启动计时器。 将 new_value.it_value 的两个字段都设置为零会解除定时器。

将 new_value.it_interval 的一个或两个字段设置为非零值指定初始到期后重复计时器到期的时间段（以秒和纳秒为单位）。 如果 new_value.it_interval 的两个字段都为零，则计时器仅在 new_value.it_value 指定的时间到期一次。

如果将 new_value 设置为(10S，2S)，即表示，计时器启动后，将会在10S后报告一次，然后每隔2S报告一次；

如果将 new_value 设置为(10S，0S)，即表示，计时器启动后，将会在10S后报告一次，然后就不再报告了；

如果将 new_value 修改为(0S，0S)，即表示，停止计时。

默认情况下， new_value 中指定的初始到期时间是相对于调用时计时器时钟上的当前时间的（即，new_value.it_value 是相对于 clockid 指定的时钟的当前值设置的）。 可以通过 flags 参数指定使用绝对时间。

flags 参数是一个位掩码，可以包含以下值：

如果 old_value 参数不为 NULL，则它指向的 itimerspec 结构用于返回调用时当前计时器的设置； 请参阅下面的 timerfd_gettime() 说明。

int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value)

timerfd_gettime() 在 curr_value 中返回一个 itimerspec 结构，该结构包含文件描述符 fd 所引用的计时器的当前设置。

it_value 字段返回计时器下一次到期之前的时间量。 如果此结构的两个字段都为零，则定时器当前已解除。 无论在设置计时器时是否指定了 TFD_TIMER_ABSTIME 标志，该字段始终包含一个相对值。

it_interval 字段返回定时器的间隔。 如果此结构的两个字段都为零，则计时器设置为仅在 curr_value.it_value 指定的时间到期一次。

timerfd_create() 返回的文件描述符支持以下附加 *** 作：

在 fork(2) 之后，子进程继承了 timerfd_create() 创建的文件描述符的副本。 文件描述符引用与父级中相应文件描述符相同的底层计时器对象，子级中的 read(2) 将返回有关计时器到期的信息。

A file descriptor created by timerfd_create() is preserved across execve(2), and continues to generate timer expirations if the timer was armed.

成功时， timerfd_create() 返回一个新的文件描述符。 出错时，返回 -1 并设置 errno 以指示错误。

timerfd_settime() 和 timerfd_gettime() 成功返回 0； 出错时返回 -1，并设置 errno 以指示错误。

timerfd_create() can fail with the following errors:

timerfd_settime() and timerfd_gettime() can fail with the following errors:

timerfd_settime() can also fail with the following errors:

These system calls are available on Linux since kernel 2.6.25.

Library support is provided by glibc since version 2.8.

These system calls are Linux-specific.

假设在使用 timerfd_create() 创建的 CLOCK_REALTIME 或 CLOCK_REALTIME_ALARM 计时器时，发生以下场景：

在这种情况下，会发生以下情况：

目前，timerfd_create() 支持的时钟 ID 类型少于 timer_create(2)。

以下程序创建一个 基于实时时钟的绝对时间 的计时器，然后监控其进度。 该程序最多接受三个命令行参数。 第一个参数指定计时器初始到期的秒数。 第二个参数指定计时器的间隔，以秒为单位。 第三个参数指定程序在终止前应允许计时器到期的次数。 第二个和第三个命令行参数是可选的。

以下 shell 会话演示了该程序的使用：

1. RTC(Real Time Clock)所有PC都有RTC. 它和CPU和其他芯片独立。它在电脑关机之后还可以正常运行。RTC可以在IRQ8上产生周期性中断. 频率在2Hz--8192HZ.Linux只是把RTC用来获取时间和日期. 当然它允许进程通过对/dev/rtc设备来对它进行编程。Kernel通过0x70和0x71 I/O端口来访问RTC。 2. TSC(Time Stamp Counter)80x86上的微处理器都有CLK输入针脚. 从奔腾系列开始. 微处理器支持一个计数器. 每当一个时钟信号来的时候. 计数器加1. 可以通过汇编指令rdtsc来得到计数器的值。通过calibrate_tsc可以获得CPU的频率. 它是通过计算大约5毫秒里tsc寄存器里面的增加值来确认的。或者可以通过cat /proc/cpuinfo来获取cpu频率。tsc可以提供比PIT更精确的时间度量。 3. PIT(Programmable internval timer)除了RTC和TSC. IBM兼容机提供了PIT。PIT类似微波炉的闹钟机制. 当时间到的时候. 提供铃声. PIT不是产生铃声. 而是产生一种特殊中断. 叫定时器中断或者时钟中断。它用来告诉内核一个间隔过去了。这个时间间隔也叫做一个滴答数。可以通过编译内核是选择内核频率来确定。如内核频率设为1000HZ,则时间间隔或滴答为1/1000=1微秒。滴答月短. 定时精度更高. 但是用户模式的时间更短. 也就是说用户模式下程序执行会越慢。滴答的长度以纳秒形式存在tick_nsec变量里面。PIT通过8254的0x40--0x43端口来访问。它产生中断号为IRQ 0.下面是关于pIT里面的一些宏定义：HZ：每秒中断数。CLOCK_TICK_RATE:值是1,193,182. 它是8254芯片内部振荡器频率。LATCH：代表CLOCK_TICK_RATE和HZ的比率. 被用来编程PIT。setup_pit_timer()如下：spin_lock_irqsave(&i8253_lock, flags)outb_p(0x34,0x43)udelay(10)outb_p(LATCH &0xff, 0x40)udelay(10)outb (LATCH >>8, 0x40)spin_unlock_irqrestore(&i8253_lock, flags)  4. CPU Local Timer最近的80x86架构的微处理器上的local apic提供了cpu local timer.他和pit区别在于它提供了one-shot和periodic中断。它可以使中断发送到特定cpu。one-shot中断常用在实时系统里面。

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。

看一段代码例子：

#include <sys/timerfd.h>

#include <sys/time.h>

#include <time.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <stdint.h> /* Definition of uint64_t */

#define handle_error(msg) \

do { perror(msg)exit(EXIT_FAILURE)} while (0)

void printTime()

{

struct timeval tv

gettimeofday(&tv, NULL)

printf("printTime: current time:%ld.%ld ", tv.tv_sec, tv.tv_usec)

}

int main(int argc, char *argv[])

{

struct timespec now

if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1)

handle_error("clock_gettime")

struct itimerspec new_value

new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1])

new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec

new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2])

new_value.it_interval.tv_nsec = 0

int fd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0)

if (fd == -1)

handle_error("timerfd_create")

if (timerfd_settime(fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &new_value, NULL) == -1)

handle_error("timerfd_settime")

printTime()

printf("timer started\n")

for (uint64_t tot_exp = 0tot_exp <atoi(argv[3]))

{

uint64_t exp

ssize_t s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t))

if (s != sizeof(uint64_t))

handle_error("read")

tot_exp += exp

printTime()

printf("read: %llutotal=%llu\n",exp, tot_exp)

}

exit(EXIT_SUCCESS)

}

root@node1:/home/c_test/unix_test# ./timerfd 20 3 4

printTime: current time:1396594376.746760 timer started

printTime: current time:1396594396.747705 read: 1total=1

printTime: current time:1396594399.747667 read: 1total=2

printTime: current time:1396594402.747728 read: 1total=3

printTime: current time:1396594405.746874 read: 1total=4

第一个参数为第一次定时器到期间隔，第二个参数为定时器的间隔，第三个参数为定时器多少次则退出。

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。

PS:linux内核新添加的API timerfd、signalfd、eventfd都有异曲同工之妙，都可以将本来复杂的处理转化思维变得简单。

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