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；由于信號是異步發生的，要解決數據的并發訪問，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，也可以用于用戶態和內核通信。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，并進行清零；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：

點擊(此處)折疊或打開

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

#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

#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"); } } }

#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并且是一個合法的signalfd表示向其添加新的信號。

L29：阻塞等待信號的發生并讀取。根據讀取的結果可以知道發生了什么信號。

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);

#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 */ };

//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

#include #include #include #include #include #include #include /* Definition of uint64_t */ #define handle_error(msg) \ do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0) void printTime() { struct timeval tv; gettimeofday(&tv, NULL); printf("printTime: current time:%ld.%ld ", tv.tv_sec, tv.tv_usec); } 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; 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"); 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); }

#include

#include /* Definition of uint64_t */

#define handle_error(msg) \

do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

void printTime()

{

struct timeval tv;

gettimeofday(&tv, NULL);

printf("printTime: current time:%ld.%ld ", tv.tv_sec, tv.tv_usec);

}

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;

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");

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);

#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以后計數器清零，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)。并且使用第一個參數(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,并且計數器的值為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后會自動關閉文件描述符，防止泄漏。如果是2.6.26或之前版本的內核，flags 必須設置為0。
創建這個對象后，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，并把計數器重設為0. 如果調用read的時候計數器為0，要是eventfd是阻塞的， read就一直阻塞在這里，否則就得到一個EAGAIN錯誤。如果buffer的長度小于8那么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。為什么不是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，并繼承所有的狀態。

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;}