特点

Linux 内核于内核2.6.25提供了一种创建定时器的 API, 那就是 Linux 特有的 timerfd API, 并且该定时器可以从文件描述符中读取其创建的定时器到期通知.
这也意味着, 可以将文件描述符通过多路复用监听并读取, 而其他的定时器想要将一个 (或多个) 定时器与一组文件描述符放在一起同时监听可不是一件容易的事.

函数接口

timerfd 系列 API 有三个系统调用 :

第一个系统调用, 该系统调用创建一个新的定时器对象 :

#include <sys/timerfd.h>
int timerfd_create(int clockid, int flags);
//成功返回一个指代该对象的文件描述符, 失败返回-1及errno

第一个参数 clockid 可以设置为 CLOCK_REALTIME 和 CLOCK_MONOTONIC

CLOCK_REALTIME
可设定的系统级实时时钟.
相对时间，从1970.1.1到目前的时间。更改系统时间会更改获取的值。也就是说，它以系统时间为坐标。

CLOCK_REALTIME 用于度量真实时间，他的设置可以变更

CLOCK_MONOTONIC
不可设定的恒定态时钟
与CLOCK_REALTIME相反，它是以绝对时间为准，获取的时间为系统重启到现在的时间，更改系统时间对齐没有影响。

CLOCK_MONOTONIC 时钟适用于那些无法容忍系统时钟发生跳跃性变化（如，手动改变了系统时间）的应用上

第二个参数flags，支持 TFD_CLOEXEC 和 TFD_NONBLOCK 和 0
TFD_CLOEXEC 为新的文件描述符设置运行时关闭标志（FD_CLOEXEC)
TFD_NONBLOCK 为底层的打开文件描述符设置 O_NONBLOCK 标志，随后的读操作将是非阻塞的，这与调用 fcntl 效果相同

使用完定时器要记得 close

第二个系统调用，可以启动或停止由文件描述符 fd 所指代的定时器

#include <sys/timerfd.h>

int timerfd_settime(int fd, int flags, const struct 
		itimerspec* new_value, struct itimerspec* old_value);
//成功返回0, 失败返回-1和 errno

flags 的值可以是 0 (相对时间), 可以是 TFD_TIMER_ABSTIME (绝对时间)

而第二第三个参数都是struct itimerspec* 类型

struct itimerspec 
{
    struct timespec it_interval;   //间隔时间
    struct timespec it_value;      //第一次到期时间
};

struct timespec 
{
    time_t tv_sec;    //秒
    long tv_nsec;    //纳秒
};

new_value 为定时器指定新设置, old_value 用来返回定时器的前一设置, 如果不关心, 可将其设置为 NULL
new_value：指定新的超时时间，若 newValue.it_value非 0 则启动定时器，否则关闭定时器。若 newValue.it_interval 为 0 则定时器只定时一次，否则之后每隔设定时间超时一次。
old_value：不为 NULL 时则返回定时器这次设置之前的超时时间。

timerfd_create第一个参数和 clock_gettime(获取时间的函数,下面介绍) 的第一个参数都是 CLOCK_REALTIME 或者 CLOCK_MONOTONIC，timerfd_settime 的第二个参数为0(相对时间)或者 TFD_TIMER_ABSTIME(绝对时间)

如果 timerfd_settime 设置为 TFD_TIMER_ABSTIME(绝对时间)，则后面的时间必须用 clock_gettime 来获取，获取时设置 CLOCK_REALTIME 还是 CLOCK_MONOTONIC 取决于 timerfd_create 设置的值。
如果 timerfd_settime 设置为 0（相对定时器），则后面的时间必须用相对时间

第三个系统调用, 返回文件描述符 fd 所标识定时器的间隔及剩余时间

#include <sys/timerfd.h>
int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);
//成功返回0, 失败返回-1和errno

间隔和距离下次到期的时间均返回到 curr_value 指向的结构体.
如果返回的结构中 curr_value.it_value 中所有字段值均为0, 那么该定时器已经解除, 如果返回的结构 curr_value.it_interval 中两字段值均为0, 那么该定时器只会到期一次, 到期时间在 curr_value.it_value 中给出

获取时钟的值

#include <time.h>
int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespect *tp);

使用 epoll 监听定时器到期事件

#include <sys/timerfd.h>
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
using namespace std;

const int MAXNUM = 20;

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct itimerspec new_value;
    struct timespec now;
    uint64_t exp;
    ssize_t s;

    int ret = clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now);//获取时钟时间
    assert(ret != -1);


    new_value.it_value.tv_sec = 5; //第一次到期的时间
    new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec; 

    new_value.it_interval.tv_sec = 1;      //之后每次到期的时间间隔
    new_value.it_interval.tv_nsec = 0;

    int timefd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, TFD_NONBLOCK); // 构建了一个定时器
    assert(timefd != -1);

    ret = timerfd_settime(timefd, 0, &new_value, NULL);//启动定时器
    assert(ret != -1);

    cout << "timer started" << endl; // 定时器开启啦！


    int epollfd = epoll_create(1);  //创建epoll实例对象

    struct epoll_event ev;
    struct epoll_event events[MAXNUM];
    ev.data.fd = timefd;
    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, timefd, &ev); //添加到epoll事件集合

    for (; ;) 
    {
        int num = epoll_wait(epollfd, events, MAXNUM, 0);
        assert(num >= 0);

        for (int i = 0; i < num; i++) 
        {
            if (events[i].events & EPOLLIN) 
            {
                //....处理其他事件
                if (events[i].data.fd == timefd) 
                {
                    s = read(events[i].data.fd, &exp, sizeof(uint64_t)); //需要读出uint64_t大小, 不然会发生错误
                    assert(s == sizeof(uint64_t));
                    cout << "here is timer" << endl;
                }
            }
        }
    }

    close(timefd);
    close(epollfd);

    return 0;
}

注意

timerfd_settime第二个参数如果是 0, 是相对时间, 如果是 TFD_TIMER_ABSTIME, 代表绝对时间, 但是这里还有需要注意的点

By default, the initial expiration time specified in new_value is interpreted relative to the current time on the timer’s clock at the time of the call (i.e., new_value.it_value specifies a time relative to the current value of the clock specified by clockid).

默认情况下, new_value中指定的初始过期时间相对于调用时计时器时钟上的当前时间(即, new_value.it_value 指定相对于 clockid 指定的时钟的当前值的时间)。

也就是说
new_value.it_value设置初次到期的时间firsttime

如果timerfd_settime第二个参数设置为 0, new_value.it_value = firsttime
如果timerfd_settime第二个参数设置为TFD_TIMER_ABSTIME,new_value.it_value = now.tv_sec + firsttime