Linux中eventfd的讲解
什么是 eventfd
?
eventfd
是 Linux 内核中用于线程或进程间通信的一种机制。它提供了一种简单的方式,让一个线程或进程可以通知另一个线程或进程某个事件已经发生。eventfd
是基于文件描述符的,因此可以与 select
、poll
或 epoll
等 I/O 多路复用机制一起使用。
如何使用 eventfd
?
创建 eventfd
int eventfd(unsigned int initval, int flags);
initval
:初始化计数器的值。flags
:可以是EFD_NONBLOCK
(非阻塞模式)和/或EFD_CLOEXEC
(设置文件描述符在执行exec函数时关闭,禁止进程复制)。
返回一个新的文件描述符,若失败则返回-1。
读取 eventfd
通过 read
函数读取 eventfd
中的计数器值。
uint64_t count;
read(fd, &count, sizeof(count));
写入 eventfd
通过 write
函数向 eventfd
写入一个 64 位的无符号整数,表示事件的数量。
uint64_t count = 1;
write(fd, &count, sizeof(count));
eventfd
的原理
eventfd
的原理可以简单理解为通过文件描述符进行事件通知和计数管理。下面是更详细的解释:
基本原理
- 文件描述符(File Descriptor):
eventfd
是通过文件描述符来进行操作的。文件描述符是一种抽象的表示,用于访问文件或其他输入/输出资源(如管道、套接字)。
- 计数器:
eventfd
内部维护了一个 64 位的无符号整数计数器。这个计数器的值可以通过write
函数增加,通过read
函数读取并重置。
- 事件通知:
- 当线程或进程需要通知另一个线程或进程某个事件发生时,它会向
eventfd
写入一个值(通常是 1)。这会增加eventfd
内部的计数器。 - 被通知的线程或进程则通过
read
函数读取这个计数器的值,从而得知事件发生的次数。
- 当线程或进程需要通知另一个线程或进程某个事件发生时,它会向
内部机制
-
原子性:
eventfd
保证了写入和读取操作的原子性,即操作是不可分割的。这意味着多个线程可以安全地进行并发操作而无需额外的同步机制。
-
阻塞与非阻塞:
eventfd
可以在阻塞模式和非阻塞模式下工作。在阻塞模式下,如果没有事件发生,read
操作会阻塞,直到有事件发生。在非阻塞模式下,read
操作会立即返回。
使用场景
- 线程间同步:
- 在线程池中,主线程可以使用
eventfd
通知工作线程有新任务要处理,工作线程通过等待eventfd
事件来同步处理任务。
- 在线程池中,主线程可以使用
- 进程间通信:
- 两个独立的进程可以使用
eventfd
进行简单的事件通知,而无需复杂的 IPC 机制。
- 两个独立的进程可以使用
- 与 I/O 多路复用结合使用:
eventfd
可以与select
、poll
或epoll
等 I/O 多路复用机制结合使用,适合用于事件驱动的服务器程序中。例如,网络服务器可以使用eventfd
在处理网络 I/O 时进行事件通知。
- 实现事件计数:
- 通过
eventfd
的计数器特性,可以实现事件的计数功能,如统计某个事件发生的次数。
- 通过
- 高效的事件通知:
- 在高并发场景下,
eventfd
提供了一种高效的事件通知机制,可以替代基于信号量或条件变量的传统同步方式。
- 在高并发场景下,
例子
结合 epoll
使用 eventfd
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/eventfd.h>
#include <pthread.h>
void* thread_func(void* arg) {
int efd = *reinterpret_cast<int*>(arg);
uint64_t u = 1;
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
sleep(1);
write(efd, &u, sizeof(uint64_t));
std::cout << "子线程:发送第 " << (i + 1) << " 个事件" << std::endl;
}
return nullptr;
}
int main() {
int efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK);
if (efd == -1) {
perror("eventfd");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int epfd = epoll_create1(0);
if (epfd == -1) {
perror("epoll_create1");
close(efd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN;
event.data.fd = efd;
if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, efd, &event) == -1) {
perror("epoll_ctl");
close(epfd);
close(efd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
pthread_t thread;
pthread_create(&thread, nullptr, thread_func, &efd);
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
struct epoll_event events[1];
int n = epoll_wait(epfd, events, 1, -1);
if (n == -1) {
perror("epoll_wait");
break;
}
if (events[0].data.fd == efd) {
uint64_t u;
read(efd, &u, sizeof(uint64_t));
std::cout << "主线程:接收到第 " << (i + 1) << " 个事件,计数:" << u << std::endl;
}
}
pthread_join(thread, nullptr);
close(epfd);
close(efd);
return 0;
}
解释
- 创建
eventfd
和epoll
实例:- 使用
eventfd
创建一个事件文件描述符,并使用epoll_create1
创建一个epoll
实例。
- 使用
- 将
eventfd
添加到epoll
监视列表:- 使用
epoll_ctl
将eventfd
添加到epoll
的监视列表中。
- 使用
- 启动子线程:
- 使用
pthread_create
启动一个子线程,子线程每秒钟向eventfd
写入一个事件。
- 使用
- 主线程等待事件:
- 主线程使用
epoll_wait
等待eventfd
的事件,每次事件发生时读取eventfd
的计数器值并输出。
- 主线程使用
- 清理资源:
- 使用
pthread_join
等待子线程结束,关闭epoll
和eventfd
文件描述符以释放资源。
- 使用
原文地址:https://blog.csdn.net/m0_73495584/article/details/140622696
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