一. 多級時間輪實現(xiàn)框架

　　上圖是5個時間輪級聯(lián)的效果圖。中間的大輪是工作輪，只有在它上的任務才會被執(zhí)行；其他輪上的任務時間到后遷移到下一級輪上，他們最終都會遷移到工作輪上而被調(diào)度執(zhí)行。

　　多級時間輪的原理也容易理解：就拿時鐘做說明，秒針轉(zhuǎn)動一圈分針轉(zhuǎn)動一格；分針轉(zhuǎn)動一圈時針轉(zhuǎn)動一格；同理時間輪也是如此：當?shù)图壿嗈D(zhuǎn)動一圈時，高一級輪轉(zhuǎn)動一格，同時會將高一級輪上的任務重新分配到低級輪上。從而實現(xiàn)了多級輪級聯(lián)的效果。

　　1.1 多級時間輪對象

　　多級時間輪應該至少包括以下內(nèi)容：

　　每一級時間輪對象

　　輪子上指針的位置 關(guān)于輪子上指針的位置有一個比較巧妙的辦法：那就是位運算。比如定義一個無符號整型的數(shù)：

　　通過獲取當前的系統(tǒng)時間便可以通過位操作轉(zhuǎn)換為時間輪上的時間，通過與實際時間輪上的時間作比較，從而確定時間輪要前進調(diào)度的時間，進而操作對應時間輪槽位對應的任務。

　　為什么至少需要這兩個成員呢？

　　定義多級時間輪，首先需要明確的便是級聯(lián)的層數(shù)，也就是說需要確定有幾個時間輪。

　　輪子上指針位置，就是當前時間輪運行到的位置，它與真實時間的差便是后續(xù)時間輪需要調(diào)度執(zhí)行，它們的差值是時間輪運作起來的驅(qū)動力。

　　多級時間輪對象的定義

　　1.2 時間輪對象

　　我們知道每一個輪子實際上都是一個哈希表，上面我們只是實例化了五個輪子的對象，但是五個輪子具體包含什么，有幾個槽位等等沒有明確(即struct tvec和struct tvec_root)。

　　此外，每一個時間輪都是哈希表，因此它的類型應該至少包含兩個指針域來實現(xiàn)雙向鏈表的功能。這里我們?yōu)榱朔奖闶褂猛ㄓ玫膕truct list_head的雙向鏈表結(jié)構(gòu)。

　　1.3 定時任務對象

　　定時器的主要工作是為了在未來的特定時間完成某項任務，而這個任務經(jīng)常包含以下內(nèi)容：

　　任務的處理邏輯(回調(diào)函數(shù))

　　任務的參數(shù)

　　雙向鏈表節(jié)點

　　到時時間

　　定時任務對象的定義

　　在時間輪上的效果圖：

　　1.4 雙向鏈表

　　在時間輪上我們采用雙向鏈表的數(shù)據(jù)類型。采用雙向鏈表的除了操作上比單鏈表復雜，多占一個指針域外沒有其他不可接收的問題。而多占一個指針域在今天大內(nèi)存的時代明顯不是什么問題。至于雙向鏈表操作的復雜性，我們可以通過使用通用的struct list結(jié)構(gòu)來解決，因為雙向鏈表有眾多的標準操作函數(shù)，我們可以通過直接引用list.h頭文件來使用他們提供的接口。

　　struct list可以說是一個萬能的雙向鏈表操作框架，我們只需要在自定義的結(jié)構(gòu)中定義一個struct list對象即可使用它的標準操作接口。同時它還提供了一個類似container_of的接口，在應用層一般叫做list_entry，因此我們可以很方便的通過struct list成員找到自定義的結(jié)構(gòu)體的起始地址。

　　關(guān)于應用層的log.h, 我將在下面的代碼中附上該文件。如果需要內(nèi)核層的實現(xiàn)，可以直接從linux源碼中獲取。

　　1.5 聯(lián)結(jié)方式

　　多級時間輪效果圖：

　　二. 多級時間輪C語言實現(xiàn)

　　2.1 雙向鏈表頭文件: list.h

　　提到雙向鏈表，很多的源碼工程中都會實現(xiàn)一系列的統(tǒng)一的雙向鏈表操作函數(shù)。它們?yōu)殡p向鏈表封裝了統(tǒng)計的接口，使用者只需要在自定義的結(jié)構(gòu)中添加一個struct list_head結(jié)構(gòu)，然后調(diào)用它們提供的接口，便可以完成雙向鏈表的所有操作。這些操作一般都在list.h的頭文件中實現(xiàn)。Linux源碼中也有實現(xiàn)（內(nèi)核態(tài)的實現(xiàn)）。他們實現(xiàn)的方式基本完全一樣，只是實現(xiàn)的接口數(shù)量和功能上稍有差別?？梢哉f這個list.h文件是學習操作雙向鏈表的不二選擇，它幾乎實現(xiàn)了所有的操作：增、刪、改、查、遍歷、替換、清空等等。這里我拼湊了一個源碼中的log.h函數(shù)，終于湊夠了多級時間輪中使用到的接口。

　　這里面一般會用到一個重要實現(xiàn)：container_of, 它的原理這里不敘述

　　2.2 調(diào)試信息頭文件: log.h

　　這個頭文件實際上不是必須的，我只是用它來添加調(diào)試信息(代碼中的errlog(), log()都是log.h中的宏函數(shù))。它的效果是給打印的信息加上顏色，效果如下：

　　log.h的代碼如下：

　　2.3 時間輪代碼: timewheel.c

　　2.4 編譯運行

　　從結(jié)果可以看出：如果添加的定時任務是比較耗時的操作，那么后續(xù)的任務也會被阻塞，可能一直到超時，甚至一直阻塞下去，這個取決于當前任務是否耗時。

　　這個理論上是絕不能接受的：一個任務不應該也不能去影響其他的任務吧。但是目前沒有對此問題進行改進和完善，以后有機會再繼續(xù)完善吧。

　　更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應用-AET<<

電子技術(shù)應用專欄作家  一口Linux

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