C時間輪
看完了《linux高效能伺服器程式設計》對裡面的定時器很感興趣。書中提到三種定時器,分別是:基於升序連結串列的定時器,基於時間輪的定時器,基於時間堆的定時器。三種定時器的實現書中均是給了C++程式碼,不過我對C++不太感興趣,雖然現在在做C++開發,因此寫了C版本的。書中定時器只給了封裝的定時器類,沒有給呼叫層程式碼,我是估摸著寫了呼叫層程式碼。這裡做個總結,以後可以翻翻:
基於升序連結串列的定時器沒太大難度,因此也懶得總結了。
說一下時間輪,下面是截的書中的圖片
時間輪,像輪子一樣滾動定時,每滾一個刻度,指標就走一個滴答,滾完一圈,就進入下一圈。因此有了這個概念,時間輪的結構也就出來了:1.齒輪(槽slot),用來標識一個滴答;2.槽間隔(slot interval ),當前槽經過多長時間到下一個槽;3.一圈的槽數量(N);4.當前指標,走一個滴答加一,走完一圈又回到初始位置。
再深入一點,定時器以什麼方式新增到槽上?可以看圖,每一個槽其實就是一個連結串列頭結點,定時器即新增到所屬槽的連結串列後。這樣我們可以對時間輪效能進行分析,SI越小,定時精度越高,如果SI=10s,那麼我們指定的定時器只能是10s的倍數;如果N越大,定時器效率越高,這也很好理解,N越小,一圈槽數量越少,那麼我們同樣新增100個定時器,分配到每個頭結點的定時器越多,每一次滴答到時,就遍歷當前槽,遍歷一次所花時間越多。
如何確定定時器位置?根據定時器到時時間可以計算,例如:定時器超時時間timeout=21s(即21s後觸發定時器),當前間隔SI=2s,一圈槽數量N=70,當前指標cur_slot指向第5個槽,我們可以計算出定時器放置的位置,這裡需要兩個變數,一個rotation指定定時器處於第幾圈,一個slot指定定時器處於第幾個槽,因此slot = ( cur_slot + timeout / SI ) % N = 15, rotation = timeout / SI / N = 0,即此定時器被放置於15槽的連結串列後,至於是連結串列頭插還是尾插這個隨意,指標滴答到了15槽即觸發15槽到時,遍歷15槽連結串列,若rotation=0的表示為當前該觸發定時器,若rotation>0的定時器對rotation–(其實很好理解,cur_slot在轉當前輪,則不處理後面的輪,只對它的rotation減一就跳過,等到cur_slot轉下一圈再判斷此定時器)。根據這個計算,如果其它引數不變,現在有一個timeout=161s的定時器,cur_slot=5,我們可以計算出這個定時器的slot=15,rotation=1,正好處於第15槽,但是是下一轉觸發該觸發。
也就是說,如果我們根據以上引數,同時新增一個15s和一個161s定時器,他們都會隨時間輪輪轉觸發到,只不過指標第一次只想15槽時,判斷15s的定時器rotation為0,則觸發定時器,然後刪除定時器,遍歷到161s定時器時,rotation=1,執行減1,跳過繼續輪轉,當cur_slot=70的時候也就是時間輪走過65*2=130s時,時間輪轉一圈,cur_slot=0,繼續下一圈開始,再走過14*2=28s後,到達15槽,判斷161s定時器,rotation=0,觸發定時器。
有了這些分析,下面直接貼程式碼:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <time.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> #include <stdlib.h> typedef struct client_data { int fd; time_t tt; char buf[512]; void* data; }client_data; typedef struct tw_timer { //處於時間輪第幾轉,即時間輪轉多少轉 //此定時器可以處於當前轉,若再加上槽 //即可確定此定時器所處時間輪位置 int rotation; //處於當前時間輪轉的第幾個槽 int slot; //定時器到時執行的回撥函式 void* (*cb_func)( void* param ); //使用者資料,觸發回撥任務函式的引數 struct client_data c_data; //這裡只需要單向不迴圈連結串列即可 //struct tw_timer* prev; struct tw_timer* next; }tw_timer; typedef struct timer_manager { //時間輪當前槽,每經過一個間隔時間,加一實現輪轉動, //超過總槽數即歸零表示當前輪轉完 int cur_slot; //時間輪一轉的總槽數,總槽數越大槽連結串列越短,效率越高 int slot_num_r; //相鄰時間槽間隔時間,即時間輪轉到下一個槽需要時間, //間隔時間越短,精度越高,例如10s,表示定時器支援10s //間隔定時器新增,最小支援1s int slot_interval; //每個時間槽連結串列頭結點,即一個槽管理一條連結串列,連結串列 //新增相同槽數的結點,但轉數可能不同 struct tw_timer* slots_head[512]; }timer_manager; timer_manager tmanager; void* ontime_func( void* param ) { client_data* data = (client_data*)param; time_t tt = time(NULL); printf("\n----------------------------------------------------\n"); printf("\tontime,interval:%d\n", (int)(tt - data->tt)); printf("\told time:%s", ctime(&data->tt)); printf("\t%s", data->buf); printf("\tcur time:%s", ctime(&tt)); //getchar(); printf("----------------------------------------------------\n"); return NULL; } int add_timer( timer_manager* tmanager, int timeout, client_data* c_data ) { if ( timeout < 0 || !tmanager ) return -1; int tick = 0; //轉動幾個槽觸發 int rotation = 0; //處於時間輪第幾轉 int slot = 0; //距離當前槽相差幾個槽 if ( timeout < tmanager->slot_interval ) tick = 0; else tick = timeout / tmanager->slot_interval; rotation = tick / tmanager->slot_num_r; slot = ( tmanager->cur_slot + tick % tmanager->slot_num_r ) % tmanager->slot_num_r - 1; printf("addtimer-->timeout:%d, rotation:%d,slot:%d\n", timeout, rotation, slot); tw_timer* tmp_t = (tw_timer*)malloc(sizeof(tw_timer)); tmp_t->rotation = rotation; char buf[100] = {0}; time_t tt = time(NULL) + timeout; sprintf( buf, "set time:%s", ctime(&tt)); memset( tmp_t->c_data.buf, 0, sizeof(tmp_t->c_data.buf)); strcpy( tmp_t->c_data.buf, buf ); tmp_t->slot = slot; tmp_t->c_data.tt = time(NULL); tmp_t->cb_func = ontime_func; if ( !tmanager->slots_head[slot] ) { tmanager->slots_head[slot] = tmp_t; tmp_t->next = NULL; //printf("[line]:%d\n", __LINE__); return 0; } //printf("[line]:%d\n", __LINE__); tmp_t->next = tmanager->slots_head[slot]->next; tmanager->slots_head[slot]->next = tmp_t; return 0; } int del_all_timer( timer_manager* tmanager ) { //清除、釋放所有定時器,懶得寫了 } int tick( timer_manager* tmanager ) { if ( !tmanager ) return -1; tw_timer* tmp = tmanager->slots_head[tmanager->cur_slot]; tw_timer* p_tmp; while ( tmp ) { //rotation減一,當前時間輪轉不起作用 //假設這個tmp指向第0個槽的頭,鏈中某個結點的rotaion為下一圈, //即rotation=1,所以這個定時器不起作用,而因為cur_slot不斷 //走動,tmp在當前轉不可能再指向這個定時器,下一圈cur_slot //為0時能繼續判斷這個定時器,故實現了定時器處於不同轉的判斷 if ( tmp->rotation > 0 ) { tmp->rotation--; p_tmp = tmp; tmp = tmp->next; } else { //否則定時器到時,觸發回撥函式 tmp->cb_func( &tmp->c_data ); //刪除此定時器結點 //吃了沒用雙向連結串列的虧,寫這麼low if ( tmp == tmanager->slots_head[tmanager->cur_slot] ) { //printf("[line]:%d\n", __LINE__); tmanager->slots_head[tmanager->cur_slot] = tmp->next; p_tmp = tmp; tmp = tmp->next; free( p_tmp ); p_tmp = NULL; p_tmp = tmp; //printf("[line]:%d\n", __LINE__); } else { p_tmp->next = p_tmp->next->next; free( tmp ); tmp = NULL; tmp = p_tmp->next; } } } //更新時間輪,轉動一個槽,轉一圈又從開始轉 tmanager->cur_slot = ++tmanager->cur_slot % tmanager->slot_num_r; return 0; } int init_t_manager( timer_manager* tmanager, int slot_num_r, int slot_interval ) { tmanager->cur_slot = 0; tmanager->slot_num_r = slot_num_r; tmanager->slot_interval = slot_interval; return 0; } //自己試著寫的呼叫層程式碼 void alarm_handler( int sig ) { time_t tt = time(NULL); //printf("timer tick:%s", ctime(&tt)); int ret = tick( &tmanager ); if ( ret < 0 ) printf("tick error\n"); alarm( tmanager.slot_interval ); } int main() { time_t tt = time(NULL); signal( SIGALRM, alarm_handler ); //init_t_manager( &tmanager, 60, 10 ); init_t_manager( &tmanager, 60, 1 ); add_timer( &tmanager, 6, NULL ); add_timer( &tmanager, 11, NULL ); add_timer( &tmanager, 22, NULL ); add_timer( &tmanager, 33, NULL ); add_timer( &tmanager, 44, NULL ); add_timer( &tmanager, 55, NULL ); add_timer( &tmanager, 66, NULL ); add_timer( &tmanager, 77, NULL ); add_timer( &tmanager, 88, NULL ); add_timer( &tmanager, 99, NULL ); add_timer( &tmanager, 111, NULL ); add_timer( &tmanager, 122, NULL ); add_timer( &tmanager, 133, NULL ); add_timer( &tmanager, 144, NULL ); printf("start time:%s\n", ctime(&tt)); alarm( tmanager.slot_interval ); while ( 1 ) sleep( 5 ); return 0; }
看以上程式碼,main函式開始即指定了SI=1s,N=60,並添加了很多定時器,然後開始以SI執行定時,每一次到時就觸發滴答函式tick(),如此迴圈定時觸發到時訊號就實現了時間輪輪轉。
關於程式碼的思考:這裡用了SIGALRM訊號,每一次到時,主執行緒暫停,去執行訊號函式內容,如果訊號SIGALRM的處理函式太龐大,會影響主執行緒的任務卡頓,雖然以上程式碼執行量不大,但為了擴充套件,我覺得可以將定時器觸發執行的操作改為新增任務結點到任務鏈,這樣配合執行緒池效率會高一點,執行緒池本身會從任務鏈取任務結點執行,如果我們的定時處理函式只是往任務鏈放任務,那效能會高很多,而不是往cb_func裡執行具體業務邏輯。
下一篇上時間堆。