timeval详解

一、timeval概述

timeval是Linux系统中的一个时间结构体，它由<time.h>头文件定义。该结构体包含两个字段——秒数和微秒数。它广泛用于Linux系统中的许多接口，例如select、pselect、gettimeofday、settimeofday等。timeval的使用便捷性，以及对时间的高度精确度，使其成为Linux系统中常用的时间结构体之一。

二、timeval数据类型

timeval的定义如下：

struct timeval {
    time_t      tv_sec;
    suseconds_t tv_usec;
};

其中，tv_sec表示从1970年1月1日0时0分0秒至今所经过的秒数，它是一个time_t类型的整数；tv_usec表示微秒数，它是一个suseconds_t类型的整数。

我们可以通过以下方式对timeval变量进行初始化：

struct timeval tv = {0};
tv.tv_sec = 10; //设置秒数为10
tv.tv_usec = 500000; //设置微秒数为500000

三、timeval的精度

timeval结构体的精度可以达到微秒级别。gettimeofday()函数便是利用timeval来实现高精度的时间获取。

下面是一个使用gettimeofday()函数获取当前时间的示例代码：

struct timeval tv;
gettimeofday(&tv, NULL);
printf("Current time: %ld.%06ld\n", tv.tv_sec, tv.tv_usec);

在以上代码中，我们使用gettimeofday()函数获取当前时间，将结果存储在tv结构体中，最后打印输出。

四、timeval在select函数中的应用

select()函数是Linux系统中用于等待文件描述符状态变化的一个系统调用。该函数的第1个参数nfds是待检测的最大文件描述符加1；第2个参数readfds是待读取的文件描述符的集合；第3个参数writefds是待写入的文件描述符的集合；第4个参数exceptfds是待检测的异常文件描述符的集合；第5个参数timeout是超时时间。

timeout参数可以用timeval结构体来表示。它指定select函数等待的最长时间。当timeout为NULL时，select()函数将一直阻塞，直到有一个待读、待写或异常的文件描述符就绪。当timeout不为NULL且指定的时间到达时，select()函数将立即返回。

下面是一个使用select函数实现高精度定时器的示例程序：

#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

int main() {
    fd_set set;
    FD_ZERO(&set);
    FD_SET(STDIN_FILENO, &set);
    struct timeval tv = {0};
    tv.tv_sec = 5; //设置定时时间为5秒
    int ret = select(STDIN_FILENO + 1, &set, NULL, NULL, &tv);
    if (ret == -1) {
        perror("select");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else if (ret == 0) {
        printf("Timeout occurred!\n"); //超时
    } else {
        if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &set)) {
            printf("Data is available now.\n"); //有数据可读
        }
    }
    return 0;
}

在以上代码中，我们使用select()函数实现一个高精度定时器。将标准输入的文件描述符添加到文件描述符集合中，设置超时时间为5秒。当超时时间到达时，select()函数将返回0，表示超时。当有数据可读时，select()函数将返回1。

五、timeval在网络编程中的应用

timeval结构体在网络编程中也有广泛的应用，它可以用来设置各类超时时间，例如网络I/O操作的超时时间。

下面是一个使用select函数实现socket I/O超时的示例程序：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    struct sockaddr_in sockaddr;
    sockaddr.sin_family = AF_INET;
    sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    sockaddr.sin_port = htons(8888);
    int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr));
    if (ret < 0) {
        perror("connect");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    char buf[1024] = {0};
    struct timeval timeout = {0};
    timeout.tv_sec = 5; //设置超时时间为5秒
    if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout)) == -1) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    while (1) {
        ret = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0); //recv函数默认是阻塞的
        if (ret == -1) {
            if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { //超时
                printf("Timeout occurred!\n");
                continue;
            }
            perror("recv");
            exit(EXIT_FAILURE);
        } else if (ret == 0) {
            printf("Connection closed.\n"); //连接关闭
            break;
        } else {
            printf("Received %d bytes of data.\n", ret); //接收到数据
            buf[ret] = '\0';
            printf("%s\n", buf);
        }
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

在以上代码中，我们使用setsockopt()函数将SO_RCVTIMEO选项设置为5秒超时。如果recv函数在5秒内没有读取到数据，recv()函数将返回-1，此时我们需要检查errno是否为EAGAIN或EWOULDBLOCK，以判断是否超时。如果没有超时，我们可以继续尝试读取数据。

六、总结

timeval结构体在Linux系统编程中扮演着非常重要的角色，它广泛应用于文件描述符状态判断、高精度定时器、网络I/O超时等场景。掌握timeval结构体的使用，有助于我们写出更加高效、可靠的Linux系统程序。