Libevent學習-------定時器事件

定時器事件的創建

Libevent 一般調用evtimer_new來定義一個定時器事件

#define evtimer_new(b, cb, arg)        event_new((b), -1, 0, (cb), (arg))

從宏定義來看，這個事件和io、signal事件的區別在於fd項爲-1，表示並不關注， 並且events項爲0， 並不是想象中的EV_TIMEOUT.
evtimer_new只是初始化了一個一般的超時事件，而真正將一個事件進行超時處理是在
event_add函數的第二個參數必須指定一個超時時間。
總結來說，不管event_new創建了一個什麼類型的event，如果在event_add的第二個參數添加了一個超時時間，則該事件就會進行超時處理了。

定時器事件實例

[email protected]:~/test/libevent/my_libevent_test>more libevent_test_timeout.c 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <event.h>
#include <time.h>

void do_timeout(evutil_socket_t fd, short event, void *arg)
{
    printf("do timeout (time: %ld)!\n", time(NULL));
}

void create_timeout_event(struct event_base *base)
{
    struct event *ev;
    struct timeval timeout;

    //ev = evtimer_new(base, do_timeout, NULL);

    ev = event_new(base, -1, EV_PERSIST, do_timeout, NULL);
    if (ev) {
        timeout.tv_sec = 5;
        timeout.tv_usec = 0;
        event_add(ev, &timeout);
    }
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    struct event_base *base;

    base = event_base_new();

    if (!base) {
        printf("Error: Create an event base error!\n");
        return -1;
    }

    create_timeout_event(base);
    event_base_dispatch(base);

    return 0;
}

event_add 對定時器事件的處理

event_add ——>event_add_internal
通過event_add調用event_add_internal時，tv_is_absolute爲0.
event結構中的events是event_new時候傳入的參數，如

/**
 * @name event flags
 *
 * Flags to pass to event_new(), event_assign(), event_pending(), and
 * anything else with an argument of the form "short events"
 */
/**@{*/
/** Indicates that a timeout has occurred.  It's not necessary to pass
 * this flag to event_for new()/event_assign() to get a timeout. */
#define EV_TIMEOUT  0x01
/** Wait for a socket or FD to become readable */
#define EV_READ     0x02
/** Wait for a socket or FD to become writeable */
#define EV_WRITE    0x04
/** Wait for a POSIX signal to be raised*/
#define EV_SIGNAL   0x08
/**
 * Persistent event: won't get removed automatically when activated.
 *
 * When a persistent event with a timeout becomes activated, its timeout
 * is reset to 0.
 */
#define EV_PERSIST  0x10
/** Select edge-triggered behavior, if supported by the backend. */
#define EV_ET       0x20
/**@}*/

而event結構中的ev_flags 根據不同的event表項設置的。

/*如果 tv_is_absolute不爲0， 則tv表示絕對時間， 而不是間隔差值*/
static inline int
event_add_internal(struct event *ev, const struct timeval *tv,
    int tv_is_absolute)
{
    struct event_base *base = ev->ev_base;
    int res = 0;
    int notify = 0;

    ......
    ......
    /*
     * prepare for timeout insertion further below, if we get a
     * failure on any step, we should not change any state.
     */
    /*如果新添加的事件處理器是定時器，且它尚未被添加到通用定時器隊列或時間堆中，則爲該定時器
     * 在時間堆上預留一個位置，如果當前時間堆數組大小夠了，min_heap_reserve直接返回，如果不夠，resize數組大小，
     * 保證可以插入新的堆節點
     * ev->ev_flags 爲EVLIST_TIMEOUT， 在本函數中通過event_queue_insert(base, ev, EVLIST_TIMEOUT);
     * 如果eve->ev_flags 爲EVLIST_TIMEOUT 說明該事件已經在time堆中了*/
    if (tv != NULL && !(ev->ev_flags & EVLIST_TIMEOUT)) {
        if (min_heap_reserve(&base->timeheap,
            1 + min_heap_size(&base->timeheap)) == -1)
            return (-1);  /* ENOMEM == errno */
    }
    ......
    ......
    /*處理沒有激活的READ WRITE SIGNAL 事件*/
    if ((ev->ev_events & (EV_READ|EV_WRITE|EV_SIGNAL)) &&
        !(ev->ev_flags & (EVLIST_INSERTED|EVLIST_ACTIVE))) {
        .......
    }

    /*
     * we should change the timeout state only if the previous event
     * addition succeeded.
     */
    /*將事件處理器添加到通用定時器隊列或者事件堆中。
     * res != -1 表示對I/O事件和信號事件的添加成功，沒有出錯
     * tv != NULl, 表示設置了超時事件*/
    if (res != -1 && tv != NULL) {
        struct timeval now;
        int common_timeout;

        /*
         * for persistent timeout events, we remember the
         * timeout value and re-add the event.
         *
         * If tv_is_absolute, this was already set.
         */
        /*對於persist的時間事件，如果是相對時間參數，用ev_io_timeout記錄這個相對值，
        * 因爲每一次的起始時間是不一樣的，需要在不同的起始時間加上相對時間值*/
        if (ev->ev_closure == EV_CLOSURE_PERSIST && !tv_is_absolute) 
            ev->ev_io_timeout = *tv;

        /*
         * we already reserved memory above for the case where we
         * are not replacing an existing timeout.
         */
        /*如果該事件處理器已經被插入通用定時器隊列或時間堆中，則先刪除它*/
        if (ev->ev_flags & EVLIST_TIMEOUT) {
            /* XXX I believe this is needless. */
            if (min_heap_elt_is_top(ev))
                notify = 1;
            event_queue_remove(base, ev, EVLIST_TIMEOUT);
        }

        /* Check if it is active due to a timeout.  Rescheduling
         * this timeout before the callback can be executed
         * removes it from the active list. */
        /*如果待處理的事件已經被激活，且原因是超時， 則從活動事件隊列中刪除它，
         * 以避免其回調函數被執行。
         * 對於信號事件處理器，必要時還需將其ncalls成爲設置爲0，使得乾淨地終止信號
         * 事件的處理*/
        if ((ev->ev_flags & EVLIST_ACTIVE) &&
            (ev->ev_res & EV_TIMEOUT)) {
            if (ev->ev_events & EV_SIGNAL) {
                /* See if we are just active executing
                 * this event in a loop
                 */
                if (ev->ev_ncalls && ev->ev_pncalls) {
                    /* Abort loop */
                    *ev->ev_pncalls = 0;
                }
            }

            event_queue_remove(base, ev, EVLIST_ACTIVE);
        }
        /*獲取當前事件now*/
        gettime(base, &now);

        common_timeout = is_common_timeout(tv, base);
        /*計算絕對事件，當前時間加上時間間隔*/
        if (tv_is_absolute) {
            ev->ev_timeout = *tv;
        } else if (common_timeout) {
            struct timeval tmp = *tv;
            tmp.tv_usec &= MICROSECONDS_MASK;
            evutil_timeradd(&now, &tmp, &ev->ev_timeout);
            ev->ev_timeout.tv_usec |=
                (tv->tv_usec & ~MICROSECONDS_MASK);            
       } else {
            evutil_timeradd(&now, tv, &ev->ev_timeout);
        }

        event_debug((
             "event_add: timeout in %d seconds, call %p",
             (int)tv->tv_sec, ev->ev_callback));
        /*將定時器事件添加到通用事件隊列或者最小堆中*/
        event_queue_insert(base, ev, EVLIST_TIMEOUT);
        if (common_timeout) {
            /*如果是通用定時器，並且是尾隊列頭節點時，將ctl結構中的timeout_event事件放入最小堆中*/
            struct common_timeout_list *ctl =
                get_common_timeout_list(base, &ev->ev_timeout);
            if (ev == TAILQ_FIRST(&ctl->events)) {
                common_timeout_schedule(ctl, &now, ev);
            }
        } else {
            /* See if the earliest timeout is now earlier than it
             * was before: if so, we will need to tell the main
             * thread to wake up earlier than it would
             * otherwise. */
            if (min_heap_elt_is_top(ev))
                notify = 1;
        }
    }

    /* if we are not in the right thread, we need to wake up the loop */
    if (res != -1 && notify && EVBASE_NEED_NOTIFY(base))
        evthread_notify_base(base);

    _event_debug_note_add(ev);

    return (res);
}

最小堆 min_heap_reserve/min_heap_size

最小堆實現是用一個數組實現，類似c++ 裏面的vector
一般添加的定時器事件都是最小堆的形式存儲。

struct event_base {
        .....
        truct min_heap timeheap;
        .....
};
typedef struct min_heap
{   
    struct event** p; -------------struct event*結構的數組
    unsigned n, a;    -------------a：當前分配的總個數；n---當前已經使用的數組個數
} min_heap_t;

unsigned min_heap_size(min_heap_t* s) { return s->n; }   -----返回當前已使用的堆個數，即數組個數

int min_heap_reserve(min_heap_t* s, unsigned n)
{
    /* 如果要插入的個數大於堆的總大小， 重新分配堆數組的個數
     * 如果要插入的個數小於堆的總大小，表示堆數組有空間可以新的節點*/
    if (s->a < n)
    {
        struct event** p;
        unsigned a = s->a ? s->a * 2 : 8;   /*第一次分配爲8， 後續每次重分配的大小爲上一次的2倍*/
       /*如果2倍的新空間大小還比n小，設置數據大小爲n*/
        if (a < n)
            a = n;
        if (!(p = (struct event**)mm_realloc(s->p, a * sizeof *p)))   -----分配大小爲a的struct event *數組內存
            return -1;
        s->p = p;
        s->a = a;
    }
    return 0;
}

通用時間

由於tv_usec是32比特長度， 而表示微秒數只需要20位，

(因爲微秒數不能超過999999, 2的20次~= 1048576), 所以用32bits的最後20bits表示微秒數，用最前面的4bits表示magic號，中間8bits表示event_base結構中的通用定時器common_timeout_queues的數組索引，所以數組元素最多256個

判斷是否爲通用時間的方法是：
最高8bit的值爲5.
通用時間一般是人爲手動添加的。

#define COMMON_TIMEOUT_IDX_MASK 0x0ff00000
#define COMMON_TIMEOUT_IDX_SHIFT 20
#define COMMON_TIMEOUT_MAGIC    0x50000000
#define COMMON_TIMEOUT_MASK     0xf0000000
#define COMMON_TIMEOUT_IDX(tv) \
    (((tv)->tv_usec & COMMON_TIMEOUT_IDX_MASK)>>COMMON_TIMEOUT_IDX_SHIFT)

/** Return true iff if 'tv' is a common timeout in 'base' */
static inline int
is_common_timeout(const struct timeval *tv,  const struct event_base *base)
{   
    int idx;
    if ((tv->tv_usec & COMMON_TIMEOUT_MASK) != COMMON_TIMEOUT_MAGIC)
        return 0;
    idx = COMMON_TIMEOUT_IDX(tv);
    return idx < base->n_common_timeouts;
}

event_base_dispatch/event_base_loop

int
event_base_loop(struct event_base *base, int flags)
{
    const struct eventop *evsel = base->evsel;
    struct timeval tv;
    struct timeval *tv_p;
    int res, done, retval = 0;

    /* Grab the lock.  We will release it inside evsel.dispatch, and again
     * as we invoke user callbacks. */
    EVBASE_ACQUIRE_LOCK(base, th_base_lock);
    /*一個event_base只允許運行一個事件循環*/
    if (base->running_loop) {
        event_warnx("%s: reentrant invocation.  Only one event_base_loop"
            " can run on each event_base at once.", __func__);
        EVBASE_RELEASE_LOCK(base, th_base_lock);
        return -1;
    }

    base->running_loop = 1; /*標記該event_base已經開始運行*/

    clear_time_cache(base); /*清除event_base的系統時間緩存*/

    if (base->sig.ev_signal_added && base->sig.ev_n_signals_added)
        evsig_set_base(base);

    done = 0;

#ifndef _EVENT_DISABLE_THREAD_SUPPORT
    base->th_owner_id = EVTHREAD_GET_ID();
#endif

    base->event_gotterm = base->event_break = 0;

    while (!done) {
        base->event_continue = 0;
        /*查看是否需要跳出循環， 程序可以調用event_loopexit_cb() 設置event_gotterm標記
         * 調用event_base_loopbreak()設置event_break 標記*/
        /* Terminate the loop if we have been asked to */
        if (base->event_gotterm) {
            break;
        }

        if (base->event_break) {
            break;
        }
        /*校準系統時間*/
        timeout_correct(base, &tv);

        tv_p = &tv;
        /*base裏面目前激活的事件數目爲0，並且爲阻塞性的I/O複用， 則取時間堆上面的最小堆節點的超時時間作爲epoll的超時時間*/
        if (!N_ACTIVE_CALLBACKS(base) && !(flags & EVLOOP_NONBLOCK)) {
            timeout_next(base, &tv_p); /*獲取時間堆上堆頂元素的超時值， 即I/O複用系統調用本次應該設置的超時值*/
        } else {
            /*
             * if we have active events, we just poll new events
             * without waiting.
             */
            /*如果有就緒事件尚未處理， 則將I/O複用系統調用的超時時間"置0"。
             * 這樣I/O複用系統調用直接返回， 程序也就可以立即處理就緒事件了*/
            evutil_timerclear(&tv);
        }

        /*如果event_base 中沒有註冊任何事件， 則直接退出事件循環*/
        /* If we have no events, we just exit */
        if (!event_haveevents(base) && !N_ACTIVE_CALLBACKS(base)) {
            event_debug(("%s: no events registered.", __func__));
            retval = 1;
            goto done;
        }

        /* update last old time */
        gettime(base, &base->event_tv);  /*更新系統時間*/
        /*之所以要在進入dispatch之前清零，是因爲進入  
         *dispatch後，可能會等待一段時間。cache就沒有意義了。  
         *如果第二個線程此時想add一個event到這個event_base裏面，在  
         *event_add_internal函數中會調用gettime。如果cache不清零，  
         *那麼將會取這個cache時間。這將取一個不準確的時間.*/
        clear_time_cache(base);  /*清除event_base的系統時間緩存*/

        /*調用事件多路分發器的dispatch方法等待事件， 將就緒事件插入活動事件隊列*/
        res = evsel->dispatch(base, tv_p);

        if (res == -1) {
            event_debug(("%s: dispatch returned unsuccessfully.",
                __func__));
            retval = -1;
            goto done;
        }
        /*將時間緩存更新爲當前系統時間*/
        update_time_cache(base);

        /* 檢查時間堆上的到期事件並依次執行之 */
        timeout_process(base);

        if (N_ACTIVE_CALLBACKS(base)) {  
            /*調用event_process_active 函數依次處理就緒的信號事件和I/O事件*/
            int n = event_process_active(base);
            if ((flags & EVLOOP_ONCE)
                && N_ACTIVE_CALLBACKS(base) == 0
                && n != 0)
                done = 1;
        } else if (flags & EVLOOP_NONBLOCK)
            done = 1;
    }
    event_debug(("%s: asked to terminate loop.", __func__));

done:
    /*事件循環結束， 清空事件緩存， 並設置停止循環標誌*/
    clear_time_cache(base);
    base->running_loop = 0;

    EVBASE_RELEASE_LOCK(base, th_base_lock);

    return (retval);
}

timeout_next——根據Timer事件計算evsel->dispatch的最大等待時間

static int
timeout_next(struct event_base *base, struct timeval **tv_p)
{
    /* Caller must hold th_base_lock */
    struct timeval now;
    struct event *ev;
    struct timeval *tv = *tv_p;
    int res = 0;
    /*取出最小堆中的最小節點*/
    ev = min_heap_top(&base->timeheap);
    /*節點爲空，直接返回 tv_p爲NULL， epoll永遠阻塞*/
    if (ev == NULL) {
        /* if no time-based events are active wait for I/O */
        *tv_p = NULL;
        goto out;
    }
    /*獲取當前時間*/
    if (gettime(base, &now) == -1) {
        res = -1;
        goto out;
    }
    /*如果定時器的時間值小於當前時間，表明該定時器值已經過期了，不能使用， epoll永遠阻塞*/
    if (evutil_timercmp(&ev->ev_timeout, &now, <=)) {
        evutil_timerclear(tv);
        goto out;
    }
    /*計算時間的差值， 該差值作爲epoll的超時時間*/
    evutil_timersub(&ev->ev_timeout, &now, tv);

    EVUTIL_ASSERT(tv->tv_sec >= 0);
    EVUTIL_ASSERT(tv->tv_usec >= 0);
    event_debug(("timeout_next: in %d seconds", (int)tv->tv_sec));

out:
    return (res);
}

timeout_process—處理超時事件，將超時事件插入到激活鏈表中

把最小堆中的最小節點的時間作爲epoll的超時時間，如果超時了或者有事件發生，都循環判斷一下最小堆中的事件是否超時了，如果是，則處理timeout事件

/* Activate every event whose timeout has elapsed. */
static void
timeout_process(struct event_base *base)                                                                                                                                               
{
    /* Caller must hold lock. */
    struct timeval now;
    struct event *ev;
    /*如果時間堆爲空，則退出*/
    if (min_heap_empty(&base->timeheap)) {
        return;
    }
    /*獲取當前時間*/
    gettime(base, &now);

    /*循環最小堆中的元素， 如果時間已經達到，則將event添加到active隊列中， 並置標記EV_TIMEOUT*/
    while ((ev = min_heap_top(&base->timeheap))) {
        if (evutil_timercmp(&ev->ev_timeout, &now, >))
            break;

        /* delete this event from the I/O queues */
        event_del_internal(ev);

        event_debug(("timeout_process: call %p",
             ev->ev_callback));
        event_active_nolock(ev, EV_TIMEOUT, 1);
    }
}