Linux 新的API signalfd、timerfd、eventfd使用说明
三种新的fd加入linux内核的的版本:
signalfd:2.6.22
timerfd:2.6.25
eventfd:2.6.22
三种fd的意义:
lsignalfd
传统的处理信号的方式是注册信号处理函数;由于信号是异步发生的,要解决数据的并发访问,可重入问题。signalfd可以将信号抽象为一个文件描述符,当有信号发生时可以对其read,这样可以将信号的监听放到select、poll、epoll等监听队列中。
ltimerfd
可以实现定时器的功能,将定时器抽象为文件描述符,当定时器到期时可以对其read,这样也可以放到监听队列的主循环中。
leventfd
实现了线程之间事件通知的方式,也可以用于用户态和内核通信。eventfd的缓冲区大小是sizeof(uint64_t);向其write可以递增这个计数器,read操作可以读取,并进行清零;eventfd也可以放到监听队列中,当计数器不是0时,有可读事件发生,可以进行读取。
三种新的fd都可以进行监听,当有事件触发时,有可读事件发生。
signalfd涉及API:
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#include <sys/signalfd.h>
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int signalfd(int fd, const sigset_t *mask, int flags);
参数fd:如果是-1则表示新建一个,如果是一个已经存在的则表示修改signalfd所关联的信号;
参数mask:信号集合;
参数flag:内核版本2.6.27以后支持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
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#include <sys/signalfd.h>
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#include <signal.h>
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#include <unistd.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <stdio.h>
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#define handle_error(msg) \
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do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
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int main(int argc, char *argv[])
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{
-
sigset_t mask;
-
int sfd;
-
struct signalfd_siginfo fdsi;
-
ssize_t s;
-
-
sigemptyset(&mask);
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sigaddset(&mask, SIGINT);
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sigaddset(&mask, SIGQUIT);
-
-
if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL) == -1)
-
handle_error("sigprocmask");
-
-
sfd = signalfd(-1, &mask, 0);
-
if (sfd == -1)
-
handle_error("signalfd");
-
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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:将感兴趣的信号加入到sigset_t中;
L24:调用signalfd,把信号集与fd关联起来,第一个参数为-1表示新建一个signalfd,不是-1并且是一个合法的signalfd表示向其添加新的信号。
L29:阻塞等待信号的发生并读取。根据读取的结果可以知道发生了什么信号。
timerfd涉及的API
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#include <sys/timerfd.h>
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int timerfd_create(int clockid, int flags);
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int timerfd_settime(int fd, int flags, const struct itimerspec *new_value,struct itimerspec *old_value);
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int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);
timerfd_create:创建一个timerfd;返回的fd可以进行如下操作:read、select(poll、epoll)、close
timerfd_settime:设置timer的周期,以及起始间隔
timerfd_gettime:获取到期时间。
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//函数参数中数据结构如下:
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struct timespec
-
{
-
time_t tv_sec; /* Seconds */
-
long tv_nsec; /* Nanoseconds */
-
};
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struct itimerspec
-
{
-
struct timespec it_interval; /* Interval for periodic timer */
-
struct timespec it_value; /* Initial expiration */
-
};
l例子
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#include <sys/timerfd.h>
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#include <sys/time.h>
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#include <time.h>
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#include <unistd.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <stdio.h>
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#include <stdint.h> /* Definition of uint64_t */
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#define handle_error(msg) \
-
do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
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void printTime()
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{
-
struct timeval tv;
-
gettimeofday(&tv, NULL);
-
printf("printTime: current time:%ld.%ld ", tv.tv_sec, tv.tv_usec);
-
}
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int main(int argc, char *argv[])
-
{
-
struct timespec now;
-
if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1)
-
handle_error("clock_gettime");
-
-
struct itimerspec new_value;
-
new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1]);
-
new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec;
-
new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2]);
-
new_value.it_interval.tv_nsec = 0;
-
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int 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");
-
-
printTime();
-
printf("timer started\n");
-
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for (uint64_t tot_exp = 0; tot_exp < atoi(argv[3]);)
-
{
-
uint64_t exp;
-
ssize_t s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t));
-
if (s != sizeof(uint64_t))
-
handle_error("read");
-
-
tot_exp += exp;
-
printTime();
-
printf("read: %llu; total=%llu\n",exp, tot_exp);
-
}
-
-
exit(EXIT_SUCCESS);
-
}
代码L25-L29:初始化定时器的参数,初始间隔与定时间隔。
L32:创建定时器fd,CLOCK_REALTIME:真实时间类型,修改时钟会影响定时器;CLOCK_MONOTONIC:相对时间类型,修改时钟不影响定时器。
L35:设置定时器的值。
L44:阻塞等待定时器到期。返回值是未处理的到期次数。比如定时间隔为2秒,但过了10秒才去读取,则读取的值是5。
编译运行:编译时要加rt库(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]#
第一个参数5为第一次定时器到期间隔,第二个参数2为定时器的间隔,第三个参数为定时器到期10次则退出。程序运行(5+2*10)S退出。
详细信息可以:man timerfd_create
eventfd涉及API:
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#include <sys/eventfd.h>
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int eventfd(unsigned int initval, int flags);
创建一个eventfd,这是一个计数器相关的fd,计数器不为零是有可读事件发生,read以后计数器清零,write递增计数器;返回的fd可以进行如下操作:read、write、select(poll、epoll)、close。
这个函数会创建一个 事件对象 (eventfd object), 用来实现,进程(线程)间的等待/通知(wait/notify) 机制. 内核会为这个对象维护一个64位的计数器(uint64_t)。并且使用第一个参数(initval)初始化这个计数器。调用这个函数就会返回一个新的文件描述符(event object)。2.6.27版本开始可以按位设置第二个参数(flags)。有如下的一些宏可以使用:
lEFD_NONBLOCK
功能同open(2)的O_NONBLOCK,设置对象为非阻塞状态,如果没有设置这个状态的话,read(2)读eventfd,并且计数器的值为0 就一直堵塞在read调用当中,要是设置了这个标志, 就会返回一个 EAGAIN 错误(errno = EAGAIN)。效果也如同 额外调用select(2)达到的效果。
lEFD_CLOEXEC
这个标识被设置的话,调用exec后会自动关闭文件描述符,防止泄漏。如果是2.6.26或之前版本的内核,flags 必须设置为0。
创建这个对象后,可以对其做如下操作:
1) write: 将缓冲区写入的8字节整形值加到内核计数器上。
2) read: 读取8字节值, 并把计数器重设为0. 如果调用read的时候计数器为0, 要是eventfd是阻塞的, read就一直阻塞在这里,否则就得到 一个EAGAIN错误。如果buffer的长度小于8那么read会失败, 错误代码被设置成 EINVAL。
3) poll select epoll
4) close: 当不需要eventfd的时候可以调用close关闭, 当这个对象的所有句柄都被关闭的时候,内核会释放资源。 为什么不是close就直接释放呢, 如果调用fork 创建
进程的时候会复制这个句柄到新的进程,并继承所有的状态。
l例子
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#include <sys/eventfd.h>
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#include <unistd.h>
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#include <stdio.h>
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#include <stdint.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <errno.h>
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#define handle_error(msg) \
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do { perror(msg); exit(1); } while (0)
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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);
-
}
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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;
-
}
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