Linux 新的API signalfd、timerfd、eventfd使用说明

电子工程师 2019-05-14 992

嵌入式技术

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描述

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

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

#include

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

#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：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

#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：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。

//函数参数中数据结构如下： 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 */ };

//函数参数中数据结构如下：

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：

#include int eventfd(unsigned int initval, int flags);

#include

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

#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;}

#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;

}

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