深度解析Muduo库中的SubReatcor唤醒操作【万字解读】

前言

最近在看muduo库源码的时候注意到了一种比较陌生的线程间通讯方式，他的作用是唤醒subreactor，他是eventfd来实现的。本文就详细介绍与实现一下eventfd。先简单介绍一下什么是eventfd，然后举一个简单的例子，最后总结eventfd在muduo库中的实战应用。

一、eventfd是什么

从Linux 2.6.27版本开始增加了eventfd，主要用于进程或者线程间的通信（如通知/等待机制的实现）。eventfd是Linux内核提供的一种进程间通信方式，它为创建一个“事件文件描述符”提供了一个系统调用，可以用于在不同进程间传递事件信号，也可以在信号通知后等待读取该事件。

**eventfd使用一种文件描述符来传递事件信息。**在一个进程中，创建eventfd时，同时会创建一个文件描述符，可以对该文件描述符进行read和write操作。对文件描述符的写操作每次都会向内核中的计数器增加一个值，对文件描述符的读操作每次都会读取当前计数器的值并清零。当写操作完成后，其它等待该事件的进程会得到通知。

Eventfd在信号通知的场景下，相对比pipe有非常大的资源和性能优势， 本质其实是counter(计数器)和channel(数据信道)的区别。
打开文件数量的差异 由于pipe是半双工的传统IPC实现方式，所有两个线程通信需要两个pipe文件描述符，而用eventfd只需要打开一个文件描述符。 总所周知，文件描述符是系统中非常宝贵的资源，linux的默认值只有1024个而已，pipe只能在两个进程/线程间使用，面向连接，使用之前就需要创建好两个pipe,而eventfd是广播式的通知，可以多对多。
内存使用的差别 eventfd是一个计数器，内核维护的成本非常低，大概是自旋锁+唤醒队列的大小，8个字节的传输成本也微乎其微，而pipe完全不同，一来一回数据在用户空间和内核空间有多达4次的复制，而且最糟糕的是，内核要为每个pipe分配最少4k的虚拟内存页，哪怕传送的数据长度为0.

eventfd作为一种多进程通信方式，与其它通信方式相比，具有以下优缺点：

优点：
1、eventfd机制简单，易于使用
2、读写操作与文件描述符操作无区别，使用非常方便
3、eventfd实现了计数器功能，可以用于数值传递
4、eventfd的通知功能和信号一样处理，可以使用select、poll、epoll等I/O多路复用函数监听
缺点：
1、eventfd不能使用在进程间通信，只能用于父子进程间的通信
2、不能设置Event Filter，即不能选择事件类型，只能向计数器增加或减少数值事件

二、eventfd与I/O多路复用结合

为什么能与IO多路复用结合

由于eventfd的通知功能和信号一样处理，可以使用select、poll、epoll等I/O多路复用函数监听。eventfd设计之初就与epoll完美结合，支持非阻塞读取等，就是为epoll而生的,而pipe是Unix时代就有了，那时候不仅没有epoll,连linux还没诞生。
当pipe只用来发送通知，放弃它，放心的使用eventfd。
eventfd配合epoll才是它存在的原

例子

首先，代码创建了一个 eventfd 实例和一个 epoll 实例。然后，将 eventfd 添加到 epoll 监听集合中，设定监听事件为 EPOLLIN（可读事件）。接着创建了一个子线程 eventfd_child_Task，用于定期向 eventfd 写入数据。

在主线程中，使用 epoll_wait 函数等待事件的到来。当有事件发生时，会从 eventfd 读取数据，并进行相应的处理。在示例代码中，只是简单地打印读取的数据。

eventfd 具体的作用是通过在不同线程之间传递无符号64位整数值来进行通信。它提供了一个文件描述符，可以被读取和写入。通过调用 eventfd_write 函数向 eventfd 写入数据，而调用 eventfd_read 函数则从 eventfd 读取数据。当有数据被写入 eventfd 时，会触发 epoll 监听集合中的可读事件，从而实现线程间的事件通知机制。

eventfd 的底层原理是使用一个无符号64位的计数器。当调用 eventfd_write 写入数据时，会将写入的数据加到计数器上。而调用 eventfd_read 读取数据时，会将计数器中的值读出，并将其清零。当计数器的值为非零时，可以被认为是一个事件触发。这种方式使得 eventfd 可以实现多生产者、多消费者的机制，非常适合用于线程间的同步与通信。

#include <sys/eventfd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>

int g_iEvtfd = -1;

void *eventfd_child_Task(void *pArg)
{
   
	//生产者调用write写一个64bit的整数value到eventfd即可
	uint64_t uiWrite = 1;

	while(1)
	{
   
		sleep(2);
		if (0 != eventfd_write(g_iEvtfd, uiWrite))
		{
   
			printf("child write iEvtfd failed\n");
		}
	}

	return;
}

int main(int argc, char**argv[])
{
   
	int iEvtfd, j;
	uint64_t uiWrite = 1;
	uint64_t uiRead;
	ssize_t s;
	int iEpfd;
	struct epoll_event stEvent;
	int iRet = 0;
	struct epoll_event stEpEvent;
	pthread_t stWthread;

	iEpfd = epoll_create(1);
	if (-1 == iEpfd)
	{
   
		printf("Create epoll failed.\n");
		return 0;
	}

	iEvtfd = eventfd(0,0);
	if (-1 == iEvtfd)
	{
   
		printf("failed to create eventfd\n");
		return 0;
	}

	g_iEvtfd = iEvtfd;

	memset(&stEvent, 0, sizeof(struct epoll_event));
	stEvent.events = (unsigned long) EPOLLIN;
	stEvent.data.fd = iEvtfd;
	iRet = epoll_ctl(iEpfd, EPOLL_CTL_ADD, g_iEvtfd, &stEvent);
	if (0 != iRet)
	{
   
		printf("failed to add iEvtfd to epoll\n");
		close(g_iEvtfd);
		close(iEpfd);
		return 0;
	}

	iRet = pt