timefd介绍
#Linux 2024-12-15

使用 timerfd 创建出的定时器是基于文件描述符进行管理的，在达到超时时间时，描述符将置为可读，并可以从中读取到超时次数（启动定时器后或上次 read 之后的超时次数）。

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#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);

int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);

接口

timerfd_create--创建一个定时器文件描述符

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返回值是一个新的文件描述符，失败时返回 -1

int timerfd_create(int clockid, int flags);

clockid: 定时器使用的时钟

  • CLOCK_REALTIME：系统的实时时钟，可被系统设置改变。
  • CLOCK_MONOTONIC：单调递增的时钟，不会受系统时间调整的影响。

flags: 控制选项

  • TFD_NONBLOCK：非阻塞模式。
  • TFD_CLOEXEC：文件描述符在执行 exec 时关闭。

timerfd_settime--配置定时器

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

重点看 struct itimerspec 结构体，配置定时器的核心参数：

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struct itimerspec {
    struct timespec it_interval; // 设置定时器的执行周期，也就是定时器每隔多久会触发一次
    struct timespec it_value;    // 设置定时器初始的溢出时间，也就是第一次设置后多久会触发一次
};

struct timespec {
    time_t tv_sec;    // 秒
    long   tv_nsec;   // 纳秒
};

然后再对其他三个参数进行说明：

fd：前面 timerfd_create 创建成功的返回值。

old_value：可以为 NULL；如果不是 NULL 将返回上次定时器设置的 new_value 参数。

flags：0 代表相对事件；TFD_TIMER_ABSTIME 代表绝对时间。

timerfd_gettime--知晓定时器的当前状态

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int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);

获取定时器的当前剩余时间（it_value）以及定时器的周期时间（it_interval）。

如何把 timerfd 用起来？

前面讲 timerfd 在达到超时时间时，描述符将置为可读。那我们调用 read 接口即可。

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ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

阻塞和非阻塞的处理方式

默认情况下，time_fd 是阻塞模式。如果要 设置为非阻塞模式，可以通过 timerfd_create 设置 flags 选项为 TFD_NONBLOCK。

如果是阻塞模式下调用 read，read 调用会阻塞线程，直到定时器事件发生（不发生就一直阻塞）。

如果是非阻塞模式下调用 read，read 会立即返回，如果没有事件触发，返回 -1，并设置 errno 为 EAGAIN。

正因为 阻塞模式下必然是在 定时器有事件发生才解除阻塞，也就保证代码执行到 read 之后必然有事件发生：

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while ( 1 )
{
	int nfds = epoll_wait( epfd, events, 10, -1 );
	for ( int i = 0; i < nfds; i++ )
	{
		if ( events[i].data.fd == tfd )
		{
			uint64_t expirations;
			read( tfd, &expirations, sizeof(expirations) );
			printf( "Timer expired %llu times\n", (unsigned long long) expirations );
		}
	}
}

而非阻塞模式并不能保证代码往下执行是因为确保有事件发生，我们需要有判断逻辑：

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while ( 1 )
{
	ssize_t s = read( tfd, &expirations, sizeof(expirations) );
	if ( s == -1 )
	{
		if ( errno == EAGAIN )	// 没有定时器事件发生
		{
			printf( "No timer event yet, doing other work...\n" );
			continue;
		} else {
			perror( "read" );
			return(-1);
		}
	}
	printf( "Timer expired %llu times\n", (unsigned long long) expirations );
	break;
}