一. 多級時(shí)間輪實(shí)現(xiàn)框架

　　上圖是5個(gè)時(shí)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(wù)才會被執(zhí)行；其他輪上的任務(wù)時(shí)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(shí)間輪的原理也容易理解：就拿時(shí)鐘做說明，秒針轉(zhuǎn)動(dòng)一圈分針轉(zhuǎn)動(dòng)一格；分針轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一格；同理時(shí)間輪也是如此：當(dāng)?shù)图壿嗈D(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，高一級輪轉(zhuǎn)動(dòng)一格，同時(shí)會將高一級輪上的任務(wù)重新分配到低級輪上。從而實(shí)現(xiàn)了多級輪級聯(lián)的效果。

　　1.1 多級時(shí)間輪對象

　　多級時(shí)間輪應(yīng)該至少包括以下內(nèi)容：

　　每一級時(shí)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(gè)比較巧妙的辦法：那就是位運(yùn)算。比如定義一個(gè)無符號整型的數(shù)：

　　通過獲取當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間便可以通過位操作轉(zhuǎn)換為時(shí)間輪上的時(shí)間，通過與實(shí)際時(shí)間輪上的時(shí)間作比較，從而確定時(shí)間輪要前進(jìn)調(diào)度的時(shí)間，進(jìn)而操作對應(yīng)時(shí)間輪槽位對應(yīng)的任務(wù)。

　　為什么至少需要這兩個(gè)成員呢？

　　定義多級時(shí)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(gè)時(shí)間輪。

　　輪子上指針位置，就是當(dāng)前時(shí)間輪運(yùn)行到的位置，它與真實(shí)時(shí)間的差便是后續(xù)時(shí)間輪需要調(diào)度執(zhí)行，它們的差值是時(shí)間輪運(yùn)作起來的驅(qū)動(dòng)力。

　　多級時(shí)間輪對象的定義

　　1.2 時(shí)間輪對象

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

　　此外，每一個(gè)時(shí)間輪都是哈希表，因此它的類型應(yīng)該至少包含兩個(gè)指針域來實(shí)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(shí)任務(wù)對象

　　定時(shí)器的主要工作是為了在未來的特定時(shí)間完成某項(xiàng)任務(wù)，而這個(gè)任務(wù)經(jīng)常包含以下內(nèi)容：

　　任務(wù)的處理邏輯(回調(diào)函數(shù))

　　任務(wù)的參數(shù)

　　雙向鏈表節(jié)點(diǎn)

　　到時(shí)時(shí)間

　　定時(shí)任務(wù)對象的定義

　　在時(shí)間輪上的效果圖：

　　1.4 雙向鏈表

　　在時(shí)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(fù)雜，多占一個(gè)指針域外沒有其他不可接收的問題。而多占一個(gè)指針域在今天大內(nèi)存的時(shí)代明顯不是什么問題。至于雙向鏈表操作的復(fù)雜性，我們可以通過使用通用的struct list結(jié)構(gòu)來解決，因?yàn)殡p向鏈表有眾多的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(gè)struct list對象即可使用它的標(biāo)準(zhǔn)操作接口。同時(shí)它還提供了一個(gè)類似container_of的接口，在應(yīng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)，可以直接從linux源碼中獲取。

　　1.5 聯(lián)結(jié)方式

　　多級時(shí)間輪效果圖：

　　二. 多級時(shí)間輪C語言實(shí)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(shí)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(jì)的接口，使用者只需要在自定義的結(jié)構(gòu)中添加一個(gè)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(shí)現(xiàn)。Linux源碼中也有實(shí)現(xiàn)（內(nèi)核態(tài)的實(shí)現(xiàn)）。他們實(shí)現(xiàn)的方式基本完全一樣，只是實(shí)現(xiàn)的接口數(shù)量和功能上稍有差別?？梢哉f這個(gè)list.h文件是學(xué)習(xí)操作雙向鏈表的不二選擇，它幾乎實(shí)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(gè)源碼中的log.h函數(shù)，終于湊夠了多級時(shí)間輪中使用到的接口。

　　這里面一般會用到一個(gè)重要實(shí)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(gè)頭文件實(shí)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(shí)間輪代碼: timewheel.c

　　2.4 編譯運(yùn)行

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

　　這個(gè)理論上是絕不能接受的：一個(gè)任務(wù)不應(yīng)該也不能去影響其他的任務(wù)吧。但是目前沒有對此問題進(jìn)行改進(jìn)和完善，以后有機(jī)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(yīng)用-AET<<

電子技術(shù)應(yīng)用專欄作家  一口Linux

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