Linux 新的API signalfd、timerfd、eventfd使用說明

Linux 新的API signalfd、timerfd、eventfd使用說明

三種新的fd加入linux內核的的版本：

signalfd：2.6.22

timerfd：2.6.25

eventfd：2.6.22

三種fd的意義：

lsignalfd

傳統的處理信號的方式是注冊信號處理函數；由於信號是異步發生的，要解決數據的並發訪問，可重入問題。signalfd可以將信號抽象為一個文件描述符，當有信號發生時可以對其read，這樣可以將信號的監聽放到select、poll、epoll等監聽隊列中。

ltimerfd

可以實現定時器的功能，將定時器抽象為文件描述符，當定時器到期時可以對其read，這樣也可以放到監聽隊列的主循環中。

leventfd

實現了線程之間事件通知的方式，也可以用於用戶態和內核通信。eventfd的緩沖區大小是sizeof(uint64_t)；向其write可以遞增這個計數器，read操作可以讀取，並進行清零；eventfd也可以放到監聽隊列中，當計數器不是0時，有可讀事件發生，可以進行讀取。

三種新的fd都可以進行監聽，當有事件觸發時，有可讀事件發生。

signalfd涉及API：

#include  
 
int signalfd(int fd, const sigset_t *mask, int flags);

參數fd：如果是-1則表示新建一個，如果是一個已經存在的則表示修改signalfd所關聯的信號；

參數mask：信號集合；

參數flag：內核版本2.6.27以後支持SFD_NONBLOCK、SFD_CLOEXEC；

成功返回文件描述符，返回的fd支持以下操作：read、select(poll、epoll)、close

l例子

 #include  
 
 #include  
#include  
 #include  
 #include  

 #define handle_error(msg) \ 
do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0) 

int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
 sigset_t mask; 
 int sfd; 
 struct signalfd_siginfo fdsi; 
 ssize_t s; 

 sigemptyset(&mask); 
 sigaddset(&mask, SIGINT); 
 sigaddset(&mask, SIGQUIT); 

 if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL) == -1) 
   handle_error("sigprocmask"); 

 sfd = signalfd(-1, &mask, 0); 
 if (sfd == -1) 
   handle_error("signalfd"); 

 for (;;) { 
   s = read(sfd, &fdsi, sizeof(struct signalfd_siginfo)); 
   if (s != sizeof(struct signalfd_siginfo)) 
     handle_error("read"); 

   if (fdsi.ssi_signo == SIGINT) { 
     printf("Got SIGINT\n"); 
   } else if (fdsi.ssi_signo == SIGQUIT) { 
   printf("Got SIGQUIT\n"); 
   exit(EXIT_SUCCESS); 
   } else { 
   printf("Read unexpected signal\n"); 
   } 
  } 
 }

L17-L21：將感興趣的信號加入到sigset_t中；

L24：調用signalfd，把信號集與fd關聯起來，第一個參數為-1表示新建一個signalfd，不是-1並且是一個合法的signalfd表示向其添加新的信號。

L29：阻塞等待信號的發生並讀取。根據讀取的結果可以知道發生了什麼信號。

timerfd涉及的API

#include  
 
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);

timerfd_create：創建一個timerfd；返回的fd可以進行如下操作：read、select(poll、epoll)、close

timerfd_settime：設置timer的周期，以及起始間隔

timerfd_gettime：獲取到期時間。

//函數參數中數據結構如下： 
 
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 */ 
};

l例子

1. #include
   
2. #include
   
3. #include
   
4. #include
   
5. #include
   
6. #include
   
7. #include /* Definition of uint64_t */
   
8. 
   
9. #define handle_error(msg) \
   
10. do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
    
11. 
    
12. void printTime()
    
13. {
    
14. struct timeval tv;
    
15. gettimeofday(&tv, NULL);
    
16. printf("printTime: current time:%ld.%ld ", tv.tv_sec, tv.tv_usec);
    
17. }
    
18. 
    
19. int main(int argc, char *argv[])
    
20. {
    
21. struct timespec now;
    
22. if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1)
    
23. handle_error("clock_gettime");
    
24. 
    
25. struct itimerspec new_value;
    
26. new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1]);
    
27. new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec;
    
28. new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2]);
    
29. new_value.it_interval.tv_nsec = 0;
    
30. 
    
31. int fd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);
    
32. if (fd == -1)
    
33. handle_error("timerfd_create");
    
34. 
    
35. if (timerfd_settime(fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &new_value, NULL) == -1)
    
36. handle_error("timerfd_settime");
    
37. 
    
38. printTime();
    
39. printf("timer started\n");
    
40. 
    
41. for (uint64_t tot_exp = 0; tot_exp < atoi(argv[3]);)
    
42. {
    
43. uint64_t exp;
    
44. ssize_t s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t));
    
45. if (s != sizeof(uint64_t))
    
46. handle_error("read");
    
47. 
    
48. tot_exp += exp;
    
49. printTime();
    
50. printf("read: %llu; total=%llu\n",exp, tot_exp);
    
51. }
    
52. 
    
53. exit(EXIT_SUCCESS);
    
54. }

代碼L25-L29：初始化定時器的參數，初始間隔與定時間隔。

L32：創建定時器fd，CLOCK_REALTIME：真實時間類型，修改時鐘會影響定時器；CLOCK_MONOTONIC：相對時間類型，修改時鐘不影響定時器。

L35：設置定時器的值。

L44：阻塞等待定時器到期。返回值是未處理的到期次數。比如定時間隔為2秒，但過了10秒才去讀取，則讀取的值是5。

編譯運行：編譯時要加rt庫(g++ -lrt timerfd.cc -o timerfd)

[root@localhost appTest]# ./timerfd 5 2 10
printTime: current time:1357391736.146196 timer started
printTime: current time:1357391741.153430 read: 1; total=1
printTime: current time:1357391743.146550 read: 1; total=2
printTime: current time:1357391745.151483 read: 1; total=3
printTime: current time:1357391747.161155 read: 1; total=4
printTime: current time:1357391749.153934 read: 1; total=5
printTime: current time:1357391751.157309 read: 1; total=6
printTime: current time:1357391753.158384 read: 1; total=7
printTime: current time:1357391755.150470 read: 1; total=8
printTime: current time:1357391757.150253 read: 1; total=9
printTime: current time:1357391759.149954 read: 1; total=10
[root@localhost appTest]#

第一個參數5為第一次定時器到期間隔，第二個參數2為定時器的間隔，第三個參數為定時器到期10次則退出。程序運行(5+2*10)S退出。

詳細信息可以：man timerfd_create

eventfd涉及API：

#include  
 
int eventfd(unsigned int initval, int flags);

創建一個eventfd，這是一個計數器相關的fd，計數器不為零是有可讀事件發生，read以後計數器清零，write遞增計數器；返回的fd可以進行如下操作：read、write、select(poll、epoll)、close。

這個函數會創建一個 事件對象 (eventfd object), 用來實現，進程(線程)間的等待/通知(wait/notify) 機制. 內核會為這個對象維護一個64位的計數器(uint64_t)。並且使用第一個參數(initval)初始化這個計數器。調用這個函數就會返回一個新的文件描述符(event object)。2.6.27版本開始可以按位設置第二個參數(flags)。有如下的一些宏可以使用：

lEFD_NONBLOCK

功能同open(2)的O_NONBLOCK，設置對象為非阻塞狀態，如果沒有設置這個狀態的話，read(2)讀eventfd,並且計數器的值為0 就一直堵塞在read調用當中，要是設置了這個標志， 就會返回一個 EAGAIN 錯誤(errno = EAGAIN)。效果也如同 額外調用select(2)達到的效果。

lEFD_CLOEXEC

這個標識被設置的話，調用exec後會自動關閉文件描述符，防止洩漏。如果是2.6.26或之前版本的內核，flags 必須設置為0。
創建這個對象後，可以對其做如下操作：

1)write：將緩沖區寫入的8字節整形值加到內核計數器上。

2)read：讀取8字節值， 並把計數器重設為0. 如果調用read的時候計數器為0， 要是eventfd是阻塞的， read就一直阻塞在這裡，否則就得到 一個EAGAIN錯誤。如果buffer的長度小於8那麼read會失敗， 錯誤代碼被設置成 EINVAL。

3)poll select epoll

4)close:當不需要eventfd的時候可以調用close關閉， 當這個對象的所有句柄都被關閉的時候，內核會釋放資源。 為什麼不是close就直接釋放呢， 如果調用fork 創建
進程的時候會復制這個句柄到新的進程，並繼承所有的狀態。

l例子

#include 
 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define handle_error(msg) \
do { perror(msg); exit(1); } while (0)
int main( int argc, char **argv ){
uint64_t u;
ssize_t s;5 int j;
if ( argc < 2 ) {
fprintf(stderr, "input  in command argument");
exit(1);
}

int efd;
if ( (efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK)) == -1 )
handle_error("eventfd failed");


switch (fork()) {
case 0:
for( j = 1; j < argc; j ++ ) {
printf("Child writing %s to efd\n", argv[j] );

u = strtoull(argv[j], NULL, 0); /* analogesly atoi */
s = write(efd, &u, sizeof(uint64_t));/*append u to counter */
if ( s != sizeof(uint64_t) )
handle_error("write efd failed");

}
printf("child completed write loop\n");

exit(0);
default:
sleep (2);

printf("parent about to read\n");
s = read(efd, &u, sizeof(uint64_t));
if ( s != sizeof(uint64_t) ) {
if (errno = EAGAIN) {
printf("Parent read value %d\n", s);
return 1;
}
handle_error("parent read failed");
}
printf("parent read %d , %llu (0x%llx) from efd\n",
s, (unsigned long long)u, (unsigned long long) u);
exit(0);

case -1:
handle_error("fork ");
}
return 0;
}