多級時(shí)間輪實(shí)現(xiàn)框架
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
//實(shí)現(xiàn)5級時(shí)間輪 范圍為0~ (2^8 * 2^6 * 2^6 * 2^6 *2^6)=2^32
struct tvec_base
{
unsigned long current_index;
pthread_t thincrejiffies;
pthread_t threadID;
struct tvec_root tv1; /*第一個(gè)輪*/
struct tvec tv2; /*第二個(gè)輪*/
struct tvec tv3; /*第三個(gè)輪*/
struct tvec tv4; /*第四個(gè)輪*/
struct tvec tv5; /*第五個(gè)輪*/
};
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）。
#define TVN_BITS 6
#define TVR_BITS 8
#define TVN_SIZE (1
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
typedef void (*timeouthandle)(unsigned long );
struct timer_list{
struct list_head entry; //將時(shí)間連接成鏈表
unsigned long expires; //超時(shí)時(shí)間
void (*function)(unsigned long); //超時(shí)后的處理函數(shù)
unsigned long data; //處理函數(shù)的參數(shù)
struct tvec_base *base; //指向時(shí)間輪
};
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。
可以說這個(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。
#if !defined(_BLKID_LIST_H) && !defined(LIST_HEAD)
#define _BLKID_LIST_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Simple doubly linked list implementation.
*
* Some of the internal functions ("__xxx") are useful when
* manipulating whole lists rather than single entries, as
* sometimes we already know the next/prev entries and we can
* generate better code by using them directly rather than
* using the generic single-entry routines.
*/
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
#define LIST_HEAD(name) \\
struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)
#define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { \\
(ptr)- >next = (ptr); (ptr)- >prev = (ptr); \\
} while (0)
static inline void
__list_add(struct list_head *entry,
struct list_head *prev, struct list_head *next)
{
next- >prev = entry;
entry- >next = next;
entry- >prev = prev;
prev- >next = entry;
}
/**
* Insert a new element after the given list head. The new element does not
* need to be initialised as empty list.
* The list changes from:
* head → some element → ...
* to
* head → new element → older element → ...
*
* Example:
* struct foo *newfoo = malloc(...);
* list_add(&newfoo- >entry, &bar- >list_of_foos);
*
* @param entry The new element to prepend to the list.
* @param head The existing list.
*/
static inline void
list_add(struct list_head *entry, struct list_head *head)
{
__list_add(entry, head, head- >next);
}
/**
* Append a new element to the end of the list given with this list head.
*
* The list changes from:
* head → some element → ... → lastelement
* to
* head → some element → ... → lastelement → new element
*
* Example:
* struct foo *newfoo = malloc(...);
* list_add_tail(&newfoo- >entry, &bar- >list_of_foos);
*
* @param entry The new element to prepend to the list.
* @param head The existing list.
*/
static inline void
list_add_tail(struct list_head *entry, struct list_head *head)
{
__list_add(entry, head- >prev, head);
}
static inline void
__list_del(struct list_head *prev, struct list_head *next)
{
next- >prev = prev;
prev- >next = next;
}
/**
* Remove the element from the list it is in. Using this function will reset
* the pointers to/from this element so it is removed from the list. It does
* NOT free the element itself or manipulate it otherwise.
*
* Using list_del on a pure list head (like in the example at the top of
* this file) will NOT remove the first element from
* the list but rather reset the list as empty list.
*
* Example:
* list_del(&foo- >entry);
*
* @param entry The element to remove.
*/
static inline void
list_del(struct list_head *entry)
{
__list_del(entry- >prev, entry- >next);
}
static inline void
list_del_init(struct list_head *entry)
{
__list_del(entry- >prev, entry- >next);
INIT_LIST_HEAD(entry);
}
static inline void list_move_tail(struct list_head *list,
struct list_head *head)
{
__list_del(list- >prev, list- >next);
list_add_tail(list, head);
}
/**
* Check if the list is empty.
*
* Example:
* list_empty(&bar- >list_of_foos);
*
* @return True if the list contains one or more elements or False otherwise.
*/
static inline int
list_empty(struct list_head *head)
{
return head- >next == head;
}
/**
* list_replace - replace old entry by new one
* @old : the element to be replaced
* @new : the new element to insert
*
* If @old was empty, it will be overwritten.
*/
static inline void list_replace(struct list_head *old,
struct list_head *new)
{
new- >next = old- >next;
new- >next- >prev = new;
new- >prev = old- >prev;
new- >prev- >next = new;
}
/**
* Retrieve the first list entry for the given list pointer.
*
* Example:
* struct foo *first;
* first = list_first_entry(&bar- >list_of_foos, struct foo, list_of_foos);
*
* @param ptr The list head
* @param type Data type of the list element to retrieve
* @param member Member name of the struct list_head field in the list element.
* @return A pointer to the first list element.
*/
#define list_first_entry(ptr, type, member) \\
list_entry((ptr)- >next, type, member)
static inline void list_replace_init(struct list_head *old,
struct list_head *new)
{
list_replace(old, new);
INIT_LIST_HEAD(old);
}
/**
* list_entry - get the struct for this entry
* @ptr: the &struct list_head pointer.
* @type: the type of the struct this is embedded in.
* @member: the name of the list_struct within the struct.
*/
#define list_entry(ptr, type, member) \\
((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)- >member)))
/**
* list_for_each - iterate over elements in a list
* @pos: the &struct list_head to use as a loop counter.
* @head: the head for your list.
*/
#define list_for_each(pos, head) \\
for (pos = (head)- >next; pos != (head); pos = pos- >next)
/**
* list_for_each_safe - iterate over elements in a list, but don't dereference
* pos after the body is done (in case it is freed)
* @pos: the &struct list_head to use as a loop counter.
* @pnext: the &struct list_head to use as a pointer to the next item.
* @head: the head for your list (not included in iteration).
*/
#define list_for_each_safe(pos, pnext, head) \\
for (pos = (head)- >next, pnext = pos- >next; pos != (head); \\
pos = pnext, pnext = pos- >next)
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* _BLKID_LIST_H */