上圖是5個時間輪級聯(lián)的效果圖。中間的大輪是工作輪,只有在它上的任務(wù)才會被執(zhí)行;其他輪上的任務(wù)時間到后遷移到下一級輪上,他們最終都會遷移到工作輪上而被調(diào)度執(zhí)行。
多級時間輪的原理也容易理解:就拿時鐘做說明,秒針轉(zhuǎn)動一圈分針轉(zhuǎn)動一格;分針轉(zhuǎn)動一圈時針轉(zhuǎn)動一格;同理時間輪也是如此:當(dāng)?shù)图壿嗈D(zhuǎn)動一圈時,高一級輪轉(zhuǎn)動一格,同時會將高一級輪上的任務(wù)重新分配到低級輪上。從而實現(xiàn)了多級輪級聯(lián)的效果。
1.1 多級時間輪對象
多級時間輪應(yīng)該至少包括以下內(nèi)容:
- 每一級時間輪對象
- 輪子上指針的位置
關(guān)于輪子上指針的位置有一個比較巧妙的辦法:那就是位運算。比如定義一個無符號整型的數(shù):
通過獲取當(dāng)前的系統(tǒng)時間便可以通過位操作轉(zhuǎn)換為時間輪上的時間,通過與實際時間輪上的時間作比較,從而確定時間輪要前進調(diào)度的時間,進而操作對應(yīng)時間輪槽位對應(yīng)的任務(wù)。
為什么至少需要這兩個成員呢?
- 定義多級時間輪,首先需要明確的便是級聯(lián)的層數(shù),也就是說需要確定有幾個時間輪。
- 輪子上指針位置,就是當(dāng)前時間輪運行到的位置,它與真實時間的差便是后續(xù)時間輪需要調(diào)度執(zhí)行,它們的差值是時間輪運作起來的驅(qū)動力。
多級時間輪對象的定義
//實現(xiàn)5級時間輪 范圍為0~ (2^8 * 2^6 * 2^6 * 2^6 *2^6)=2^32
struct tvec_base
{
unsigned long current_index;
pthread_t thincrejiffies;
pthread_t threadID;
struct tvec_root tv1; /*第一個輪*/
struct tvec tv2; /*第二個輪*/
struct tvec tv3; /*第三個輪*/
struct tvec tv4; /*第四個輪*/
struct tvec tv5; /*第五個輪*/
};
1.2 時間輪對象
我們知道每一個輪子實際上都是一個哈希表,上面我們只是實例化了五個輪子的對象,但是五個輪子具體包含什么,有幾個槽位等等沒有明確(即struct tvec和struct tvec_root)。
#define TVN_BITS 6
#define TVR_BITS 8
#define TVN_SIZE (1<
此外,每一個時間輪都是哈希表,因此它的類型應(yīng)該至少包含兩個指針域來實現(xiàn)雙向鏈表的功能。這里我們?yōu)榱朔奖闶褂猛ㄓ玫膕truct list_head的雙向鏈表結(jié)構(gòu)。
1.3 定時任務(wù)對象
定時器的主要工作是為了在未來的特定時間完成某項任務(wù),而這個任務(wù)經(jīng)常包含以下內(nèi)容:
- 任務(wù)的處理邏輯(回調(diào)函數(shù))
- 任務(wù)的參數(shù)
- 雙向鏈表節(jié)點
- 到時時間
定時任務(wù)對象的定義
typedef void (*timeouthandle)(unsigned long );
struct timer_list{
struct list_head entry; //將時間連接成鏈表
unsigned long expires; //超時時間
void (*function)(unsigned long); //超時后的處理函數(shù)
unsigned long data; //處理函數(shù)的參數(shù)
struct tvec_base *base; //指向時間輪
};
在時間輪上的效果圖:
1.4 雙向鏈表
在時間輪上我們采用雙向鏈表的數(shù)據(jù)類型。采用雙向鏈表的除了操作上比單鏈表復(fù)雜,多占一個指針域外沒有其他不可接收的問題。而多占一個指針域在今天大內(nèi)存的時代明顯不是什么問題。至于雙向鏈表操作的復(fù)雜性,我們可以通過使用通用的struct list結(jié)構(gòu)來解決,因為雙向鏈表有眾多的標(biāo)準(zhǔn)操作函數(shù),我們可以通過直接引用list.h頭文件來使用他們提供的接口。
struct list可以說是一個萬能的雙向鏈表操作框架,我們只需要在自定義的結(jié)構(gòu)中定義一個struct list對象即可使用它的標(biāo)準(zhǔn)操作接口。同時它還提供了一個類似container_of的接口,在應(yīng)用層一般叫做list_entry,因此我們可以很方便的通過struct list成員找到自定義的結(jié)構(gòu)體的起始地址。
關(guān)于應(yīng)用層的log.h, 我將在下面的代碼中附上該文件。如果需要內(nèi)核層的實現(xiàn),可以直接從linux源碼中獲取。
1.5 聯(lián)結(jié)方式
多級時間輪效果圖:
二. 多級時間輪C語言實現(xiàn)
2.1 雙向鏈表頭文件: list.h
提到雙向鏈表,很多的源碼工程中都會實現(xiàn)一系列的統(tǒng)一的雙向鏈表操作函數(shù)。它們?yōu)殡p向鏈表封裝了統(tǒng)計的接口,使用者只需要在自定義的結(jié)構(gòu)中添加一個struct list_head結(jié)構(gòu),然后調(diào)用它們提供的接口,便可以完成雙向鏈表的所有操作。
這些操作一般都在list.h的頭文件中實現(xiàn)。Linux源碼中也有實現(xiàn)(內(nèi)核態(tài)的實現(xiàn))。他們實現(xiàn)的方式基本完全一樣,只是實現(xiàn)的接口數(shù)量和功能上稍有差別。可以說這個list.h文件是學(xué)習(xí)操作雙向鏈表的不二選擇,它幾乎實現(xiàn)了所有的操作:增、刪、改、查、遍歷、替換、清空等等。這里我拼湊了一個源碼中的log.h函數(shù),終于湊夠了多級時間輪中使用到的接口。
#if !defined(_BLKID_LIST_H) && !defined(LIST_HEAD)
#define _BLKID_LIST_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Simple doubly linked list implementation.
*
* Some of the internal functions ("__xxx") are useful when
* manipulating whole lists rather than single entries, as
* sometimes we already know the next/prev entries and we can
* generate better code by using them directly rather than
* using the generic single-entry routines.
*/
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
#define LIST_HEAD(name) \\
struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)
#define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { \\
(ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr); \\
} while (0)
static inline void
__list_add(struct list_head *entry,
struct list_head *prev, struct list_head *next)
{
next->prev = entry;
entry->next = next;
entry->prev = prev;
prev->next = entry;
}
/**
* Insert a new element after the given list head. The new element does not
* need to be initialised as empty list.
* The list changes from:
* head → some element → ...
* to
* head → new element → older element → ...
*
* Example:
* struct foo *newfoo = malloc(...);
* list_add(&newfoo->entry, &bar->list_of_foos);
*
* @param entry The new element to prepend to the list.
* @param head The existing list.
*/
static inline void
list_add(struct list_head *entry, struct list_head *head)
{
__list_add(entry, head, head->next);
}
/**
* Append a new element to the end of the list given with this list head.
*
* The list changes from:
* head → some element → ... → lastelement
* to
* head → some element → ... → lastelement → new element
*
* Example:
* struct foo *newfoo = malloc(...);
* list_add_tail(&newfoo->entry, &bar->list_of_foos);
*
* @param entry The new element to prepend to the list.
* @param head The existing list.
*/
static inline void
list_add_tail(struct list_head *entry, struct list_head *head)
{
__list_add(entry, head->prev, head);
}
static inline void
__list_del(struct list_head *prev, struct list_head *next)
{
next->prev = prev;
prev->next = next;
}
/**
* Remove the element from the list it is in. Using this function will reset
* the pointers to/from this element so it is removed from the list. It does
* NOT free the element itself or manipulate it otherwise.
*
* Using list_del on a pure list head (like in the example at the top of
* this file) will NOT remove the first element from
* the list but rather reset the list as empty list.
*
* Example:
* list_del(&foo->entry);
*
* @param entry The element to remove.
*/
static inline void
list_del(struct list_head *entry)
{
__list_del(entry->prev, entry->next);
}
static inline void
list_del_init(struct list_head *entry)
{
__list_del(entry->prev, entry->next);
INIT_LIST_HEAD(entry);
}
static inline void list_move_tail(struct list_head *list,
struct list_head *head)
{
__list_del(list->prev, list->next);
list_add_tail(list, head);
}
/**
* Check if the list is empty.
*
* Example:
* list_empty(&bar->list_of_foos);
*
* @return True if the list contains one or more elements or False otherwise.
*/
static inline int
list_empty(struct list_head *head)
{
return head->next == head;
}
/**
* list_replace - replace old entry by new one
* @old : the element to be replaced
* @new : the new element to insert
*
* If @old was empty, it will be overwritten.
*/
static inline void list_replace(struct list_head *old,
struct list_head *new)
{
new->next = old->next;
new->next->prev = new;
new->prev = old->prev;
new->prev->next = new;
}
/**
* Retrieve the first list entry for the given list pointer.
*
* Example:
* struct foo *first;
* first = list_first_entry(&bar->list_of_foos, struct foo, list_of_foos);
*
* @param ptr The list head
* @param type Data type of the list element to retrieve
* @param member Member name of the struct list_head field in the list element.
* @return A pointer to the first list element.
*/
#define list_first_entry(ptr, type, member) \\
list_entry((ptr)->next, type, member)
static inline void list_replace_init(struct list_head *old,
struct list_head *new)
{
list_replace(old, new);
INIT_LIST_HEAD(old);
}
/**
* list_entry - get the struct for this entry
* @ptr: the &struct list_head pointer.
* @type: the type of the struct this is embedded in.
* @member: the name of the list_struct within the struct.
*/
#define list_entry(ptr, type, member) \\
((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))
/**
* list_for_each - iterate over elements in a list
* @pos: the &struct list_head to use as a loop counter.
* @head: the head for your list.
*/
#define list_for_each(pos, head) \\
for (pos = (head)->next; pos != (head); pos = pos->next)
/**
* list_for_each_safe - iterate over elements in a list, but don't dereference
* pos after the body is done (in case it is freed)
* @pos: the &struct list_head to use as a loop counter.
* @pnext: the &struct list_head to use as a pointer to the next item.
* @head: the head for your list (not included in iteration).
*/
#define list_for_each_safe(pos, pnext, head) \\
for (pos = (head)->next, pnext = pos->next; pos != (head); \\
pos = pnext, pnext = pos->next)
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* _BLKID_LIST_H */
這里面一般會用到一個重要實現(xiàn):container_of, 它的原理這里不敘述
2.2 調(diào)試信息頭文件: log.h
這個頭文件實際上不是必須的,我只是用它來添加調(diào)試信息(代碼中的errlog(), log()都是log.h中的宏函數(shù))。它的效果是給打印的信息加上顏色,效果如下:
log.h的代碼如下:
#ifndef _LOG_h_
#define _LOG_h_
#include
#define COL(x) "\\033[;" #x "m"
#define RED COL(31)
#define GREEN COL(32)
#define YELLOW COL(33)
#define BLUE COL(34)
#define MAGENTA COL(35)
#define CYAN COL(36)
#define WHITE COL(0)
#define GRAY "\\033[0m"
#define errlog(fmt, arg...) do{ \\
printf(RED"[#ERROR: Toeny Sun:"GRAY YELLOW" %s:%d]:"GRAY WHITE fmt GRAY, __func__, __LINE__, ##arg);\\
}while(0)
#define log(fmt, arg...) do{ \\
printf(WHITE"[#DEBUG: Toeny Sun: "GRAY YELLOW"%s:%d]:"GRAY WHITE fmt GRAY, __func__, __LINE__, ##arg);\\
}while(0)
#endif
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Linux
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209401 -
C語言
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136750 -
定時器
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