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Plan: libtask 定时器优化 — timerfd 替代 SIGEV_THREAD

日期: 2026-06-15
目标: 消除定时器每次超时创建/销毁内核线程的开销（~1000线程/秒）

问题根因

myTask.c 使用 timer_create(CLOCK_REALTIME, SIGEV_THREAD, ...) 模式，每次超时内核创建新线程执行回调。9 个 app × 3 个定时器(10/100/1000ms) = 27 个定时器，每秒约 1000 次线程创建/销毁。回调仅做 task_event_send（几微秒），线程创建开销远大于实际工作。

方案概要

用 Linux timerfd + epoll + 单例管理器线程 替代 SIGEV_THREAD：

每个定时器用 timerfd_create 创建文件描述符
一个持久化 manager 线程用 epoll_wait 监听所有 timerfd
timerfd 可读时在 manager 线程中调用原始回调
API 签名全部不变，调用方零修改

涉及文件

文件	改动
`src/public/libtask/src/myTask.c`	主要修改 — 重写定时器子系统
`release/inc/myTask.h`	无改动 — `stru_task_timer_t` 是不透明 `void*`

结构体变更

// myTask.c 内部 (对外不可见)
typedef struct
{
    char name[64];
    int timerfd;              // 替代 timer_t timerid
    timer_func_cb fun;
    void *arg;
    uint32_t timeout_ms;
    int flags;
    int active;
    int running;              // 1=回调执行中
    int in_epoll;             // 1=timerfd 已注册到 epoll
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_cond_t cond;      // 新增: stop/destroy 等回调完成
    int ref_count;
} stru_task_timer;

变更: timer_t timerid → int timerfd，新增 pthread_cond_t cond、int in_epoll

管理器线程设计

全局状态:
  static int g_epfd;           // epoll 实例
  static int g_eventfd;        // wakeup eventfd
  static pthread_t g_mgr_thread;
  static pthread_mutex_t g_mgr_mutex;  // 串行化调用者 epoll_ctl
  static int g_mgr_init_done;

timer_manager_thread():
  g_epfd    = epoll_create1(0)
  g_eventfd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK)
  epoll_ctl(ADD, g_eventfd)    // wakeup fd 永久在 epoll 中

  while(1):
    epoll_wait(events, -1)
    for each ready fd:
      if fd == g_eventfd: read() 清除; continue
      read(fd, &expirations)     // 清除过期计数
      lock(p_timer->mutex)
      if active:
        running = 1; unlock
        fun(arg)                 // 调用原始回调
        lock
        running = 0
        cond_broadcast(&cond)
        if !PERIODIC: active = 0
      unlock

关键同步设计

1. 动态 epoll 增删

添加 (task_timer_start): 调用者持有 g_mgr_mutex 做 epoll_ctl(ADD)，然后 write eventfd 唤醒 manager
删除 (task_timer_stop): 调用者持有 g_mgr_mutex 做 epoll_ctl(DEL)
Manager 线程永不做 epoll_ctl，避免跨线程 epoll 操作竞态
g_mgr_mutex 仅防护调用者之间并发的 epoll_ctl

2. stop/destroy 同步（替代 usleep 自旋）

用 running + condvar 替代当前 while(running) usleep(1000) 忙等：

stop 路径:
  lock(mutex)
  active = 0
  timerfd_settime(its={0,0})    // disarm
  while(running):
    cond_wait(&cond, &mutex)    // 阻塞等待，零 CPU
  if in_epoll: epoll_ctl(DEL)
  unlock

manager 路径 (回调结束后):
  lock(mutex)
  running = 0
  cond_broadcast(&cond)         // 唤醒 stop 等待者
  if !PERIODIC: active = 0
  unlock

锁顺序注意: stop 中 epoll_ctl(DEL) 之前先 unlock(&p->mutex) 再 lock(&g_mgr_mutex)，避免与 start 路径的 lock(&p->mutex) → lock(&g_mgr_mutex) 形成 ABBA 死锁。

3. 惰性初始化

首次 task_timer_start 时调用 timer_manager_ensure_init()，用 g_mgr_init_done + g_mgr_mutex 做双重检查锁定，确保 manager 线程仅创建一次。

API 实现概要

task_timer_create

参数校验 → calloc 结构体 → 初始化字段
timerfd_create(CLOCK_REALTIME, TFD_NONBLOCK)
初始化 mutex + cond → 返回指针（未启动）

task_timer_start

timer_manager_ensure_init() 惰性初始化 manager
lock → timerfd_settime 设间隔 → 若 !in_epoll 则 epoll_ctl(ADD) + write eventfd → active=1 → unlock

task_timer_stop

lock → timerfd_settime({0,0}) disarms → active=0
while(running) cond_wait 等回调完成
若 in_epoll: unlock → lock g_mgr → epoll_ctl(DEL) → unlock g_mgr → lock → in_epoll=0 → unlock

task_timer_destroy

调用 task_timer_stop（含同步等待 + epoll 移除）
lock → ref_count--；若 >0 直接返回
close(timerfd) → 销毁 mutex/cond → free

task_timer_restart

stop() → 更新 timeout_ms → start()

task_timer_is_active

lock → 读 active → unlock → 返回（不变）

验证

./release/build.sh 编译零错误零警告
确认 myTask.h 未改动（API 透明兼容）
确认 app_sys.cpp 等所有调用方无需修改（9 个 app 线程的定时器用法不变）
./test/RTU 启动运行，验证各 app 的 run_cnt 正常递增

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