muduo网络库学习笔记(三)TimerQueue定时器队列

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muduo网络库学习笔记(三)TimerQueue定时器队列


本章整理muduo中的TimerQueue,会简述关于timerfd系统定时函数的基本使用,和TimerQueue类的封装结构,最后给出TimerQueue::addTimer()接口的时序图与使用例子.

Linux中的时间函数

·time(2) / time_t(秒)
·ftime(3) / struct timeb(毫秒)
·gettimeofday(2) / struct timeval(微秒)
·clock_gettime(2) / struct timespec(纳秒)
还有gmtime / localtime / timegm / mktime / strftime / struct tm等与当
前时间无关的时间格式转换函数。
定时函数, 用于让程序等待一段时间或安排计划任务:·sleep(3)
·alarm(2)
·usleep(3)
·nanosleep(2)
·clock_nanosleep(2)
·getitimer(2) / setitimer(2)
·timer_create(2) / timer_settime(2) / timer_gettime(2) / timer_delete(2)
·timerfd_create(2) / timerfd_gettime(2) / timerfd_settime(2)

muduo中做的取舍如下
·(计时) 只使用gettimeofday(2)来获取当前时间。
·(定时) 只使用timerfd_*系列函数来处理定时任务。

gettimeofday(2)入选原因(这也是muduo::Timestamp class的主要设计考虑) :
1. time(2)的精度太低, ftime(3)已被废弃; clock_gettime(2)精度最高, 但是其系统调用的开销比gettimeofday(2)大。
2. 在x86-64平台上, gettimeofday(2)不是系统调用, 而是在用户态实现的, 没有上下文切换和陷入内核的开销32。
3. gettimeofday(2)的分辨率(resolution) 是1微秒, 现在的实现确实能达到这个计时精度, 足以满足日常计时的需要。 muduo::Timestamp用一个int64_t来表示从Unix Epoch到现在的微秒数, 其范围可达上下30万年。

timerfd_*入选的原因:
1. sleep(3) / alarm(2) / usleep(3)在实现时有可能用了SIGALRM信号, 在多线程程序中处理信号是个相当麻烦的事情, 应当尽量避免, 再说, 如果主程序和程序库都使用SIGALRM, 就糟糕了。
2. nanosleep(2)和clock_nanosleep(2)是线程安全的, 但是在非阻塞网络编程中, 绝对不能用让线程挂起的方式来等待一段时间, 这样一来程序会失去响应。 正确的做法是注册一个时间回调函数。
3. getitimer(2)和timer_create(2)也是用信号来deliver超时,在多线程程序中也会有麻烦。timer_create(2)可以指定信号的接收方是进程还是线程, 算是一个进步, 不过信号处理函数(signal handler) 能做的事情实在很受限。
4.timerfd_create(2)把时间变成了一个文件描述符, 该“文件”在定时器超时的那一刻变得可读, 这样就能很方便地融入select(2)/poll(2)框架中, 用统一的方式来处理IO事件和超时事件, 这也正是Reactor模式的长处。
5. 传统的Reactor利用select(2)/poll(2)/epoll(4)的timeout来实现定时功能, 但poll(2)和epoll_wait(2)的定时精度只有毫秒,远低于timerfd_settime(2)的定时精度。


timerfd简单使用介绍

本章使用到的两个系统函数:

#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);

1、timerfd_create函数生成一个定时器,返回与之关联的文件描述,其中的clockid可以设成CLOCK_REALTIME和CLOCK_MONOTONIC
CLOCK_REALTIME:系统实时时间,随系统实时时间改变而改变,即从UTC1970-1-1 0:0:0开始计时,中间时刻如果系统时间被用户改成其他,则对应的时间相应改变
CLOCK_MONOTONIC:从系统启动这一刻起开始计时,不受系统时间被用户改变的影响

2、timerfd_settime用于启停定时器,new_value为超时时间,old_value为周期性定时时间,为0表示不进行周期性定时.

 struct timespec {       time_t tv_sec;                /* Seconds */       long   tv_nsec;               /* Nanoseconds */   };    struct itimerspec {      struct timespec it_interval;  /* Interval for periodic timer */      struct timespec 
                        
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