一. 多級時間輪實(shí)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(wù)才會被執(zhí)行；其他輪上的任務(wù)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(dāng)?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(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 多級時間輪對象

　　多級時間輪應(yīng)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(yùn)算。比如定義一個無符號整型的數(shù)：

　　通過獲取當(dāng)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(shí)際時間輪上的時間作比較,，從而確定時間輪要前進(jìn)調(diào)度的時間，進(jìn)而操作對應(yīng)時間輪槽位對應(yīng)的任務(wù),。

　　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(dāng)前時間輪運(yùn)行到的位置,，它與真實(shí)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(yùn)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(shí)際上都是一個哈希表,，上面我們只是實(shí)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(yīng)該至少包含兩個指針域來實(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 定時任務(wù)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(xiàng)任務(wù)，而這個任務(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)

　　到時時間

　　定時任務(wù)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(fù)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(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(biāo)準(zhǔn)操作接口,。同時它還提供了一個類似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

　　多級時間輪效果圖：

　　二. 多級時間輪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(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：如果添加的定時任務(wù)是比較耗時的操作,，那么后續(xù)的任務(wù)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(dāng)前任務(wù)是否耗時。

　　這個理論上是絕不能接受的：一個任務(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。

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電子技術(shù)應(yīng)用專欄作家  一口Linux

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