上圖是5個時間輪級聯的效果圖。中間的大輪是工作輪，只有在它上的任務才會被執行；其他輪上的任務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度執行。

多級時間輪的原理也容易理解：就拿時鐘做說明，秒針轉動一圈分針轉動一格；分針轉動一圈時針轉動一格；同理時間輪也是如此：當低級輪轉動一圈時，高一級輪轉動一格，同時會將高一級輪上的任務重新分配到低級輪上。從而實現了多級輪級聯的效果。

1.1 多級時間輪對象

多級時間輪應該至少包括以下內容：

• 每一級時間輪對象
• 輪子上指針的位置

關于輪子上指針的位置有一個比較巧妙的辦法：那就是位運算。比如定義一個無符號整型的數：

通過獲取當前的系統時間便可以通過位操作轉換為時間輪上的時間，通過與實際時間輪上的時間作比較，從而確定時間輪要前進調度的時間，進而操作對應時間輪槽位對應的任務。

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的層數，也就是說需要確定有幾個時間輪。
• 輪子上指針位置，就是當前時間輪運行到的位置，它與真實時間的差便是后續時間輪需要調度執行，它們的差值是時間輪運作起來的驅動力。

多級時間輪對象的定義

//實現5級時間輪 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; /*第一個輪*/
    struct tvec       tv2; /*第二個輪*/
    struct tvec       tv3; /*第三個輪*/
    struct tvec       tv4; /*第四個輪*/
    struct tvec       tv5; /*第五個輪*/
};

1.2 時間輪對象

我們知道每一個輪子實際上都是一個哈希表，上面我們只是實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)。

#define TVN_BITS   6
#define TVR_BITS   8
#define TVN_SIZE   (1<

此外，每一個時間輪都是哈希表，因此它的類型應該至少包含兩個指針域來實現雙向鏈表的功能。這里我們為了方便使用通用的struct list_head的雙向鏈表結構。

1.3 定時任務對象

定時器的主要工作是為了在未來的特定時間完成某項任務，而這個任務經常包含以下內容：

• 任務的處理邏輯(回調函數)
• 任務的參數
• 雙向鏈表節點
• 到時時間

定時任務對象的定義

typedef void (*timeouthandle)(unsigned long );
 
struct timer_list{
    struct list_head entry;          //將時間連接成鏈表
    unsigned long expires;           //超時時間
    void (*function)(unsigned long); //超時后的處理函數
    unsigned long data;              //處理函數的參數
    struct tvec_base *base;          //指向時間輪
};

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據類型。采用雙向鏈表的除了操作上比單鏈表復雜，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存的時代明顯不是什么問題。至于雙向鏈表操作的復雜性，我們可以通過使用通用的struct list結構來解決，因為雙向鏈表有眾多的標準操作函數，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構中定義一個struct list對象即可使用它的標準操作接口。同時它還提供了一個類似container_of的接口，在應用層一般叫做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構體的起始地址。

關于應用層的log.h, 我將在下面的代碼中附上該文件。如果需要內核層的實現，可以直接從linux源碼中獲取。

1.5 聯結方式

多級時間輪效果圖：

二. 多級時間輪C語言實現

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現一系列的統一的雙向鏈表操作函數。它們為雙向鏈表封裝了統計的接口，使用者只需要在自定義的結構中添加一個struct list_head結構，然后調用它們提供的接口，便可以完成雙向鏈表的所有操作。

這些操作一般都在list.h的頭文件中實現。Linux源碼中也有實現（內核態的實現）。他們實現的方式基本完全一樣，只是實現的接口數量和功能上稍有差別?？梢哉f這個list.h文件是學習操作雙向鏈表的不二選擇，它幾乎實現了所有的操作：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，終于湊夠了多級時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 */

這里面一般會用到一個重要實現：container_of, 它的原理這里不敘述

2.2 調試信息頭文件: log.h

這個頭文件實際上不是必須的，我只是用它來添加調試信息(代碼中的errlog(), log()都是log.h中的宏函數)。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：

#ifndef _LOG_h_
#define _LOG_h_
#include 
#define COL(x)  "\\033[;" #x "m"
#define RED     COL(31)
#define GREEN   COL(32)
#define YELLOW  COL(33)
#define BLUE    COL(34)
#define MAGENTA COL(35)
#define CYAN    COL(36)
#define WHITE   COL(0)
#define GRAY    "\\033[0m"
#define errlog(fmt, arg...) do{     \\
    printf(RED"[#ERROR: Toeny Sun:"GRAY YELLOW" %s:%d]:"GRAY WHITE fmt GRAY, __func__, __LINE__, ##arg);\\
}while(0)
#define log(fmt, arg...) do{     \\
    printf(WHITE"[#DEBUG: Toeny Sun: "GRAY YELLOW"%s:%d]:"GRAY WHITE fmt GRAY, __func__, __LINE__, ##arg);\\
}while(0)
#endif