Linux C/C++定时器教程

1. 定时接口

• sleep函数族： sleep，usleep，nanosleep，clock\_nanosleep

特点：有一定的精度，但是会使线程挂起。

• 信号：alarm，setitimer

特点：采用了信号SIGALRM，由于SIGALRM信号不可靠，会造成超时通知不可靠，而且多线程中处理信号比较复杂。

• Linux定时接口：timer\_create/timer\_settime

特点：先创建，再设置。创建时可以配置回调；精度在纳秒级别；需要librt库；想要与业务程序配合，需要进行一定的封装，封装成本比较高。

• 具有定时功能的API： 多路复用。在Linux上的多路复用机制有select/poll/epoll。

特点：poll/epoll是毫秒级的(millisecond),select超时参数是struct timeval，是微秒级的(microsecond)。

epoll的优势很明显，能将定时功能完美的融入已有的event loop里，有着天然的高并发的能力，millisecond级的精度也足够用。

2. 系统时间

• time 特点：精度太低，不适合精确定时。
• ftime 特点：毫秒级精度，但是被废弃了。
• gettimeofday 特点：使用了vdso技术，精度达到微秒级，并且在x86-64平台上该函数的调用不是系统调用(vdso)，POSIX.1-2008中也将这个函数废弃了。
• Time Stamp Counter 使用汇编指定获取时间戳的计数器，精度应该是最高的，效率可能也应该是最高的。

特点： 一条汇编指令rdtscp即可，libco就是优先使用这个方法获取时间的。

• clock\_gettime 默认是nanosecond 级精度，是系统调用(\_sys\_clock\_gettime())，会有开销。

特点：调用频繁的话，可能造成损失性能。但是Linux 2.6.32后可以指定参数 CLOCK\_REALTIME\_COARSE 和 CLOCK\_MONOTONIC\_COARSE，粗粒度地获取时间，而不需要发生上下文切换。

和gettimeofday()一样也是vdso技术，使用\_COARSE后缀获取的时间，精度是millisecond级。

3. 定时器的设计

从上述的总结，开源实现和别人的总结中多路复用模式可以达到更好的精度和并发。

epoll 每次只能设置一个超时时间，不能满足需求。

① 结合clock\_gettime获取系统时间，然后再设置epoll\_wait的定时时间。

这种设计下需要使用容器保存所有的定时时间，epoll每次配置最快超时的时间为epoll\_wait的定时时间。

需要选择合适的超时时间保存的容器，保证可以用O(1)获取到最小的那个超时时间。

② 结合Timerfd API

Linux内核2.6.25版本中添加的接口，把超时事件触发为文件描述符，超时发生后，文件描述符可读。

这种机制下超时事件成为了普通的IO事件，也可以设置阻塞/非阻塞，timerfd的精度达到了纳秒级。

Note：libevent2.1中也支持了timerfd，特点是：高效，精确。

每一个超时事件都用timerfd\_create()创建对应的fd，放到epoll中统一管理。

每增加一个定时事件，需要增加3个系统调用。文件描述符是稀缺资源。定时器过多会浪费。

libevent使用的方法：每个event loop共享一个timerfd，每次循环事件之前，取出最近一个超时事件的时间，将timerfd设置为这个超时时间。

4. 超时时间的容器

• 最小堆实现

libevent 使用的这种模式。

• 时间轮实现

libco 使用的这种模式。

• 最小堆和时间轮的时间复杂度

Type add exec
list O(1) O(n)
min-heap O(lgn) O(1)
time wheel O(1) O(n)