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[运维] Linux 新的API signalfd、timerfd、eventfd使用说明

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泡泡兔的头像 楼主
发表于 2016-11-7 10:46:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
  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

  点击(此处)折叠或打开
  1. #include <sys/signalfd.h>
  2. int signalfd(int fd, const sigset_t *mask, int flags);
复制代码

  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
  1. #include <sys/signalfd.h>
  2.   #include <signal.h>
  3.   #include <unistd.h>
  4.   #include <stdlib.h>
  5.   #include <stdio.h>

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

  8.   int main(int argc, char *argv[])
  9.   {
  10.     sigset_t mask;
  11.     int sfd;
  12.     struct signalfd_siginfo fdsi;
  13.     ssize_t s;

  14.     sigemptyset(&mask);
  15.     sigaddset(&mask, SIGINT);
  16.     sigaddset(&mask, SIGQUIT);

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

  19.     sfd = signalfd(-1, &mask, 0);
  20.     if (sfd == -1)
  21.         handle_error("signalfd");

  22.     for (;;) {
  23.         s = read(sfd, &fdsi, sizeof(struct signalfd_siginfo));
  24.         if (s != sizeof(struct signalfd_siginfo))
  25.             handle_error("read");

  26.         if (fdsi.ssi_signo == SIGINT) {
  27.            printf("Got SIGINT\n");
  28.         } else if (fdsi.ssi_signo == SIGQUIT) {
  29.         printf("Got SIGQUIT\n");
  30.         exit(EXIT_SUCCESS);
  31.         } else {
  32.         printf("Read unexpected signal\n");
  33.         }
  34.      }
  35.   }
复制代码

  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
  1. #include <sys/timerfd.h>
  2. int timerfd_create(int clockid, int flags);
  3. int timerfd_settime(int fd, int flags, const struct itimerspec *new_value,struct itimerspec *old_value);
  4. int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);
复制代码

  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。
  1. //函数参数中数据结构如下:
  2. struct timespec
  3. {
  4.     time_t tv_sec; /* Seconds */
  5.     long tv_nsec; /* Nanoseconds */
  6. };
  7.   struct itimerspec
  8. {
  9.     struct timespec it_interval; /* Interval for periodic timer */
  10.     struct timespec it_value; /* Initial expiration */
  11. }
复制代码
;
  l例子
  1. #include <sys/timerfd.h>
  2.   #include <sys/time.h>
  3.   #include <time.h>
  4.   #include <unistd.h>
  5.   #include <stdlib.h>
  6.   #include <stdio.h>
  7.   #include <stdint.h> /* Definition of uint64_t */

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

  10.   void printTime()
  11.   {
  12.       struct timeval tv;
  13.       gettimeofday(&tv, NULL);
  14.       printf("printTime: current time:%ld.%ld ", tv.tv_sec, tv.tv_usec);
  15.   }

  16.   int main(int argc, char *argv[])
  17.   {
  18.       struct timespec now;
  19.       if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1)
  20.           handle_error("clock_gettime");

  21.       struct itimerspec new_value;
  22.       new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1]);
  23.       new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec;
  24.       new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2]);
  25.       new_value.it_interval.tv_nsec = 0;

  26.       int fd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);
  27.       if (fd == -1)
  28.       handle_error("timerfd_create");

  29.       if (timerfd_settime(fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &new_value, NULL) == -1)
  30.           handle_error("timerfd_settime");

  31.       printTime();
  32.       printf("timer started\n");

  33.       for (uint64_t tot_exp = 0; tot_exp < atoi(argv[3]);)
  34.       {
  35.           uint64_t exp;
  36.           ssize_t s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t));
  37.           if (s != sizeof(uint64_t))
  38.               handle_error("read");

  39.           tot_exp += exp;
  40.           printTime();
  41.           printf("read: %llu; total=%llu\n",exp, tot_exp);
  42.   }

  43.   exit(EXIT_SUCCESS);
  44. }
复制代码

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

  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:
  1. #include <sys/eventfd.h>
  2. int eventfd(unsigned int initval, int flags);
复制代码

  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
  1. #include <sys/eventfd.h>
  2. #include <unistd.h>
  3. #include <stdio.h>
  4. #include <stdint.h>
  5. #include <stdlib.h>
  6. #include <errno.h>
  7. #define handle_error(msg) \
  8.     do { perror(msg); exit(1); } while (0)
  9. int main( int argc, char **argv ){
  10.      uint64_t u;
  11.      ssize_t s;5 int j;
  12.      if ( argc < 2 ) {
  13.         fprintf(stderr, "input in command argument");
  14.          exit(1);
  15.      }

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


  19.      switch (fork()) {
  20.          case 0:
  21.              for( j = 1; j < argc; j ++ ) {
  22.                  printf("Child writing %s to efd\n", argv[j] );
  23.             
  24.                  u = strtoull(argv[j], NULL, 0); /* analogesly atoi */
  25.                  s = write(efd, &u, sizeof(uint64_t));/*append u to counter */
  26.                  if ( s != sizeof(uint64_t) )
  27.                      handle_error("write efd failed");

  28.              }
  29.              printf("child completed write loop\n");

  30.              exit(0);
  31.          default:
  32.              sleep (2);
  33.             
  34.              printf("parent about to read\n");
  35.              s = read(efd, &u, sizeof(uint64_t));
  36.              if ( s != sizeof(uint64_t) ) {
  37.                  if (errno = EAGAIN) {
  38.                      printf("Parent read value %d\n", s);
  39.                      return 1;
  40.                  }
  41.                  handle_error("parent read failed");
  42.              }
  43.              printf("parent read %d , %llu (0x%llx) from efd\n",
  44.                      s, (unsigned long long)u, (unsigned long long) u);
  45.              exit(0);

  46.          case -1:
  47.              handle_error("fork ");
  48.      }
  49.      return 0;
  50. }
复制代码

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