Linux 新的API signalfd、timerfd、eventfd使用说明

时间：2021-07-16 23:13:21

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：

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#include <sys/signalfd.h>
int signalfd(int fd, const sigset_t *mask, int flags);
#include <sys/signalfd.h>
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

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#include <sys/signalfd.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#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 <sys/signalfd.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#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

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#include <sys/timerfd.h>
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 <sys/timerfd.h>
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 */
};

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#include <sys/timerfd.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h> /* 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 <sys/timerfd.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h> /* 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)

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[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：

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#include <sys/eventfd.h>
int eventfd(unsigned int initval, int flags);
#include <sys/eventfd.h>
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。

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#include <sys/eventfd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#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 <sys/eventfd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#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;
}

以上所述是小编给大家介绍的Linux 新的API signalfd、timerfd、eventfd使用说明，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对服务器之家网站的支持！

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