Linux的timerfd

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，所以能够被用于select/poll的应用场景。

1.      使用方法

timerfd提供了如下接口供用户使用

timerfd_create

int timerfd_create(int clockid, int flags);

timerfd_create用于创建一个定时器文件。

参数clockid可以是CLOCK_MONOTONIC或者CLOCK_REALTIME。

参数flags可以是0或者O_CLOEXEC/O_NONBLOCK。

函数返回值是一个文件句柄fd。

timerfd_settime

int timerfd_settime(int ufd, int flags, const struct itimerspec * utmr, struct itimerspec * otmr);

此函数用于设置新的超时时间，并开始计时。

参数ufd是timerfd_create返回的文件句柄。

参数flags为1代表设置的是绝对时间；为0代表相对时间。

参数utmr为需要设置的时间。

参数otmr为定时器这次设置之前的超时时间。

函数返回0代表设置成功。

timerfd_gettime

int timerfd_gettime(int ufd, struct itimerspec * otmr);

此函数用于获得定时器距离下次超时还剩下的时间。如果调用时定时器已经到期，并且该定时器处于循环模式（设置超时时间时struct itimerspec::it_interval不为0），那么调用此函数之后定时器重新开始计时。

read

当timerfd为阻塞方式时，read函数将被阻塞，直到定时器超时。

函数返回值大于0，代表定时器超时；否则，代表没有超时（被信号唤醒，等等）。

poll/close

poll，close与标准文件操作相同。

2.      内核实现

timerfd的内核实现代码在kernel/fs/timerfd.c，它的实现基于Linux的hrtimer。

timerfd_create的实现

SYSCALL_DEFINE2(timerfd_create, int, clockid, int, flags)

l         做一些定时器的初始化工作

l         调用hrtimer_init初始化一个hrtimer

l         调用anon_inode_getfd分配一个dentry，并得到一个文件号fd，同时传入timerfd的文件操作指针struct file_operations timerfd_fops。anno_inode_getfd是文件系统anon_inodefs的一个帮助函数。anon文件系统比较简单，整个文件系统只有一个inode节点，其实现代码可以在fs/anon_inodes.c中找到。

timerfd_settime的实现

timerfd_settime最终会调用hrtimer_start启动定时器，其超时函数被设置为timerfd_tmrproc。

timerfd_tmrproc

timefd_tmrproc是timerfd的定时器超时函数。在timerfd超时时，该函数会设置定时器超时标记位；增加定时器超时次数（在设置定时器循环模式时，可能会出现多次超时没有被处理的情况）；唤醒一个等待队列，从而唤醒可能存在的正被阻塞的read、select。

timerfd_fops

static const struct file_operations timerfd_fops = {

       .release    = timerfd_release,

       .poll        = timerfd_poll,

       .read              = timerfd_read,

};

timerfd_read函数是文件操作read的内核实现，读到的是定时器的超时次数。该函数在阻塞模式下会把自身挂到timerfd的等待队列中，等待定时器超时时被唤醒。

timerfd_poll将timerfd的等待队列登记到一个poll_table，从而在定时器超时时能唤醒select系统调用。

timerfd_release

timerfd_release函数释放timerfd_create函数中申请的资源，删除已分配的定时器。