eventfd 的分析与具体例子

eventfd 介绍

Linux 2.6.27后添加了一个新的特性，就是eventfd，是用来实现多进程或多线程的之间的事件通知的。

接口

#include 
int eventfd(unsigned int initval, int flags);

这个函数会创建一个事件对象（eventfd object），返回一个文件描述符，用来实现进程或线程间的等待/通知（wait/notify）机制。内核为这个对象维护了一个无符号的64位整形计数器 counter，用第一个参数（initval）初始化这个计数器，创建时一般可将其设为0，后面有例子测试这个参数产生的效果。

flags 可以使用三个宏：

1. EFD_CLOEXEC：给这个新的文件描述符设置 FD_CLOEXEC 标志，即 close-on-exec，这样在调用 exec 后会自动关闭文件描述符。因为通常执行另一个程序后，会用全新的程序替换子进程的正文，数据，堆和栈等，原来的文件描述符变量也不存在了，这样就没法关闭没用的文件描述符了。
2. EFD_NONBLOCK：设置文件描述符为非阻塞的，设置了这个标志后，如果没有数据可读，就返回一个 EAGAIN 错误，不会一直阻塞。
3. EFD_SEMAPHORE：不了解。

具体例子

1.我们可以看个父子进程间通信的例子，如下：

/*
 * @filename:    eventfd.c
 * @author:      Tanswer
 * @date:        2018年01月08日 22:04:46
 * @description:
 */

#include 
#include 
#include 
#include 
#include          /* Definition of uint64_t */

#define handle_error(msg)   \
    do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE);  } while(0)

int main(int argc, char **argv)
{
    int efd, i;

    uint64_t u;
    ssize_t rc;

    if(argc < 2){
        fprintf(stderr, "Usage: %s ...\n",argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }


    efd = eventfd(0,0);
    if(efd == -1)
        handle_error("eventfd");

    switch(fork()){
        case 0:
            for(i=1; iprintf("Child writing %s to efd\n",argv[i]);
                u = atoll(argv[i]);
                rc = write(efd, &u, sizeof(uint64_t));
                if(rc != sizeof(uint64_t))
                    handle_error("write");
            }
            printf("Child completed write loop\n");

            exit(EXIT_SUCCESS);
        default:
            sleep(2);

            printf("Parent about to read\n");
            rc = read(efd, &u, sizeof(uint64_t));
            if(rc != sizeof(uint64_t))
                handle_error("read");

            printf("Parent read %llu from efd\n",(unsigned long long)u);
        case -1:
            handle_error("fork");
    }
    return 0;
}

父进程 sleep(2) ，保证子进程向 eventfd 连续写入， 然后父进程从 eventfd 中读取。

2.再看个线程间唤醒的例子

/*
 * @filename:    eventfd_pthread.c
 * @author:      Tanswer
 * @date:        2018年01月08日 22:46:38
 * @description:
 */

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int efd;

void *threadFunc()
{
    uint64_t buffer;
    int rc;
    while(1){
        rc = read(efd, &buffer, sizeof(buffer));

        if(rc == 8){
            printf("notify success\n");
        }

        printf("rc = %llu, buffer = %lu\n",(unsigned long long)rc, buffer);
    }//end while
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    int rc;
    uint64_t buf = 1;

    efd = eventfd(0,0);     // blocking
    if(efd == -1){
        perror("eventfd");
    }

    //create thread
    if(pthread_create(&tid, NULL, threadFunc, NULL) < 0){
        perror("pthread_create");
    }

    while(1){
        rc = write(efd, &buf, sizeof(buf));

        if(rc != 8){
            perror("write");
        }
        sleep(2);
    }//end while
    close(efd);
    return 0;
}

下面我们改下 initval 参数，设为 3，即efd = eventfd(3,0)，其他代码不变，运行程序结果如下：

可以看到我们改变initval 这个计数器的初始值，只会影响第一次读到的 buffer 的值，后面都还是 1。

下面我们把 main 函数的 buf 设为 0，即 counter 每次不变，initval 还是设为 3，看下。

    uint64_t buf = 0;

    efd = eventfd(3,0);     // blocking
    if(efd == -1){
        perror("eventfd");
    }

运行效果如下：

可以看到唤醒了一次，然后就一直阻塞了。

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从上面可以看出来，eventfd 支持三种操作：read、write、close。

• read 返回值的情况如下：

  • 读取 8 字节值，如果当前 counter > 0，那么返回 counter 值，并重置 counter 为 0。
  • 如果调用 read 时 counter 为 0，那么 1)阻塞直到 counter 大于 0；2）非阻塞，直接返回 -1，并设置 errno 为 EAGAIN。如果 buffer 的长度小于 8 字节，那么 read 会失败，并设置 errno 为 EINVAL。
  • 可以看出来 eventfd 只允许一次 read，对应两种状态：0和非0。下面看下 write。

• write ：

  • 写入一个 64 bit（8字节）的整数 value 到 eventfd。
  • 返回值：counter 最大能存储的值是 0xffff ffff ffff fffe，write 尝试将 value 加到 counter 上，如果结果超过了 max，那么 write 一直阻塞直到 read 操作发生，或者返回 -1 并设置 errno 为 EAGAIN。

可多次 write，一次 read。close 就是关掉 fd。

以上大概就是我了解的 eventfd，它相比于 pipe来说，少用了一个文件描述符，而且不必管理缓冲区，单纯的事件通知的话，方便很多（它的名字就叫做 eventfd），它可以和事件通知机制很好的融合。