timeval詳解

一、timeval概述

timeval是Linux系統中的一個時間結構體，它由<time.h>頭文件定義。該結構體包含兩個字段——秒數和微秒數。它廣泛用於Linux系統中的許多接口，例如select、pselect、gettimeofday、settimeofday等。timeval的使用便捷性，以及對時間的高度精確度，使其成為Linux系統中常用的時間結構體之一。

二、timeval數據類型

timeval的定義如下：

struct timeval {
    time_t      tv_sec;
    suseconds_t tv_usec;
};

其中，tv_sec表示從1970年1月1日0時0分0秒至今所經過的秒數，它是一個time_t類型的整數；tv_usec表示微秒數，它是一個suseconds_t類型的整數。

我們可以通過以下方式對timeval變量進行初始化：

struct timeval tv = {0};
tv.tv_sec = 10; //設置秒數為10
tv.tv_usec = 500000; //設置微秒數為500000

三、timeval的精度

timeval結構體的精度可以達到微秒級別。gettimeofday()函數便是利用timeval來實現高精度的時間獲取。

下面是一個使用gettimeofday()函數獲取當前時間的示例代碼：

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

在以上代碼中，我們使用gettimeofday()函數獲取當前時間，將結果存儲在tv結構體中，最後打印輸出。

四、timeval在select函數中的應用

select()函數是Linux系統中用於等待文件描述符狀態變化的一個系統調用。該函數的第1個參數nfds是待檢測的最大文件描述符加1；第2個參數readfds是待讀取的文件描述符的集合；第3個參數writefds是待寫入的文件描述符的集合；第4個參數exceptfds是待檢測的異常文件描述符的集合；第5個參數timeout是超時時間。

timeout參數可以用timeval結構體來表示。它指定select函數等待的最長時間。當timeout為NULL時，select()函數將一直阻塞，直到有一個待讀、待寫或異常的文件描述符就緒。當timeout不為NULL且指定的時間到達時，select()函數將立即返回。

下面是一個使用select函數實現高精度定時器的示例程序：

#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; //設置定時時間為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"); //超時
    } else {
        if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &set)) {
            printf("Data is available now.\n"); //有數據可讀
        }
    }
    return 0;
}

在以上代碼中，我們使用select()函數實現一個高精度定時器。將標準輸入的文件描述符添加到文件描述符集合中，設置超時時間為5秒。當超時時間到達時，select()函數將返回0，表示超時。當有數據可讀時，select()函數將返回1。

五、timeval在網絡編程中的應用

timeval結構體在網絡編程中也有廣泛的應用，它可以用來設置各類超時時間，例如網絡I/O操作的超時時間。

下面是一個使用select函數實現socket I/O超時的示例程序：

#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; //設置超時時間為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函數默認是阻塞的
        if (ret == -1) {
            if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { //超時
                printf("Timeout occurred!\n");
                continue;
            }
            perror("recv");
            exit(EXIT_FAILURE);
        } else if (ret == 0) {
            printf("Connection closed.\n"); //連接關閉
            break;
        } else {
            printf("Received %d bytes of data.\n", ret); //接收到數據
            buf[ret] = '\0';
            printf("%s\n", buf);
        }
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

在以上代碼中，我們使用setsockopt()函數將SO_RCVTIMEO選項設置為5秒超時。如果recv函數在5秒內沒有讀取到數據，recv()函數將返回-1，此時我們需要檢查errno是否為EAGAIN或EWOULDBLOCK，以判斷是否超時。如果沒有超時，我們可以繼續嘗試讀取數據。

六、總結

timeval結構體在Linux系統編程中扮演着非常重要的角色，它廣泛應用於文件描述符狀態判斷、高精度定時器、網絡I/O超時等場景。掌握timeval結構體的使用，有助於我們寫出更加高效、可靠的Linux系統程序。