timerfd及timerfd_create,timerfd_settime,timerfd_gettime函数详解

1. timerfd 介绍

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。

1.1 man timerfd_create

These system calls create and operate on a timer that delivers timer expiration notifications via a file descriptor.
这三个系统调用创建并操作计时器，该计时器通过文件描述符传递计时器过期通知。

2. timerfd_ 三个函数接口

#include <sys/timerfd.h>

int timerfd_create(int clockid, int flags);
创建一个定时器描述符timerfd

int timerfd_settime(int fd, int flags,
                    const struct itimerspec *new_value,
                    struct itimerspec *old_value);
用来启动或关闭有fd指定的定时器

int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);
此函数用于获得定时器距离下次超时还剩下的时间。
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2.1 timerfd_create 参数说明：

1. clockid指定时间类型，有两个值：
   CLOCK_REALTIME :Systemwide realtime clock. 系统范围内的实时时钟
   CLOCK_MONOTONIC:以固定的速率运行，从不进行调整和复位 ,它不受任何系统time-of-day时钟修改的影响
2. flags可以是0或者O_CLOEXEC/O_NONBLOCK。
   一般是0
3. 返回值：timerfd（文件描述符）

2.2 timerfd_settime 参数说明：

1. fd timerfd_create的返回值

2. flags：1代表设置的是绝对时间；为0代表相对时间。
   The flags argument is either 0, to start a relative timer , or TFD_TIMER_ABSTIME, to start an absolute timer

3. new_value 指定新的超时时间
   设定new_value.it_value非零则启动定时器，否则关闭定时器，如果new_value.it_interval为0，则定时器只定时一次，即初始那次，否则之后每隔设定时间超时一次

4. old_value：不为null，则返回定时器这次设置之前的超时时间
   一般为0

5. 结构 itimerspec 定义

   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 */
   };

2.3 timerfd_gettime 参数说明：

1. fd timerfd_create的返回值

3. man 自带timerfd代码示例

#include <sys/timerfd.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)

static void
print_elapsed_time(void)
{
	static struct timespec start;
	struct timespec curr;
	static int first_call = 1;
	int secs, nsecs;
	
	if (first_call) {
		first_call = 0;
		if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start) == -1)
			handle_error("clock_gettime");
	}
	
	if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr) == -1)
		handle_error("clock_gettime");
	
	secs = curr.tv_sec - start.tv_sec;
	nsecs = curr.tv_nsec - start.tv_nsec;
	if (nsecs < 0) {
		secs--;
		nsecs += 1000000000;
	}
	printf("%d.%03d: ", secs, (nsecs + 500000) / 1000000);
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
	struct itimerspec new_value;
	int max_exp, fd;
	struct timespec now;
	uint64_t exp, tot_exp;
	ssize_t s;
	
	if ((argc != 2) && (argc != 4)) {
		fprintf(stderr, "%s init-secs [interval-secs max-exp]\n",
				argv[0]);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	
	if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1)
		handle_error("clock_gettime");
	
	/* Create a CLOCK_REALTIME absolute timer with initial
		expiration and interval as specified in command line */
	
	new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1]);
	new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec;
	if (argc == 2) {
		new_value.it_interval.tv_sec = 0;
		max_exp = 1;
	} else {
		new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2]);
		max_exp = atoi(argv[3]);
	}
	new_value.it_interval.tv_nsec = 0;
	
	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");
	
	print_elapsed_time();
	printf("timer started\n");
	
	for (tot_exp = 0; tot_exp < max_exp;) {
		s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t));
		if (s != sizeof(uint64_t))
			handle_error("read");
	
		tot_exp += exp;
		print_elapsed_time();
		printf("read: %llu; total=%llu\n",
				(unsigned long long) exp,
				(unsigned long long) tot_exp);
	}
	
	exit(EXIT_SUCCESS);
}
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说明：

1. main接收1个或3个参数
   参数含义分别是：初始超时时间，间隔超时时间，超时次数

2. read读取timefd超时事件通知
   当定时器超时，read读事件发生即可读，返回超时次数（从上次调用timerfd_settime()启动开始或上次read成功读取开始），它是一个8字节的unit64_t类型整数，如果定时器没有发生超时事件，则read将阻塞若timerfd为阻塞模式，否则返回EAGAIN 错误（O_NONBLOCK模式），如果read时提供的缓冲区小于8字节将以EINVAL错误返回。

结果：

[root@glusterfs home]# ./a.out 2 1 5
0.000: timer started
1.1000: read: 1; total=1
2.1000: read: 1; total=2
3.1000: read: 1; total=3
5.000: read: 1; total=4
6.000: read: 1; total=5
[root@glusterfs home]# 
[root@glusterfs home]# ./a.out 2
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1.1000: read: 1; total=1
[root@glusterfs home]#
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参考：

https://www.cnblogs.com/mickole/p/3261879.html
https://man7.org/linux/man-pages/man2/timerfd_create.2.html