一扇門鈴，萬向感應——用 eventfd 實現零延遲通信

🔍 本篇概要

eventfd 是 Linux 提供的一種輕量級事件通知機制。你可以把它想象成一個“計數器盒子”。
它里面維護的是一個64位的計數器。
寫入：往盒子里放一些數字（比如 1、5、10），表示有幾件事發生了。
讀取：從盒子里取出數字，每取一次就減少一個（或者一次性全拿走）。

它非常適合用來做：

多線程/進程之間的通信。
異步通知（如 epoll 配合使用）。
控制并發資源訪問（類似信號量）。

在這里插入圖片描述

一· 🛠 如何創建 `eventfd`？

如下：

#include <sys/eventfd.h>
int efd = eventfd(initval, flags);

解釋：

參數名	含義
initval	初始化值（初始計數器數值）
flags	標志位（可選，影響行為）

這里對于initval是給它設置初始值，如果不write寫入，計數器就是這個初始值，否者就是write寫入的那個值。

二.🎯 `eventfd` 的所有標志詳解（`Flags`）

下面是 eventfd() 支持的所有標志：

標志名	含義	是否推薦使用
`EFD_SEMAPHORE`	以信號量方式工作（每次讀取減 1）	? 推薦
`EFD_CLOEXEC`	執行 exec 時自動關閉描述符	? 推薦
`EFD_NONBLOCK`	設置為非阻塞模式	? 視需求而定
`EFD_SHARED_FCNTL_FLAGS`	允許在 fork 后共享文件鎖（Linux 4.7+）	?? 較少用
`0`（默認）	默認行為（不帶任何標志）	? 可用

詳解 (通俗解釋通俗易懂版本)

1?? `EFD_SEMAPHORE` —— 類似信號量

效果：

啟用這個標志后，每次 read() 會把計數器減去 1，并返回 1。

🧠 比如：

你有一個糖果罐子，里面有 5 顆糖：

不加這個標志 → 第一個人來，把 5 顆都拿走了。
加了這個標志 → 每個人只能拿 1 顆，共 5 個人能拿到。

下面我們代碼演示下：

#include <sys/eventfd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <errno.h>int main() {int efd = eventfd(5, EFD_SEMAPHORE| EFD_NONBLOCK); // 啟用兩個標志uint64_t val;for (int i = 0; i < 6; ++i) {ssize_t s = read(efd, &val, sizeof(val));if (s == -1) {if (errno == EAGAIN|EWOULDBLOCK)printf("No more events.\n");elseperror("read");} else {printf("Read: %llu\n", (unsigned long long)val);}}close(efd);return 0;
}

效果如下：

在這里插入圖片描述

這里我們往文件里寫了個5；也就可以理解成它的計數器被從一開始的0變成了5；而我們設置了semaphore模式，也就是每次計數器都會自動減一（一般如果設置了這個（在允許的條件下），此時每次read讀出來的都是1）。
然后我們又設置了非阻塞模式(nonblock)，也就是不會阻塞，因此看到了上面的效果。

2?? `EFD_CLOEXEC` —— 自動關閉（exec 時）

效果：

當你調用 exec()（運行新程序）時，這個 eventfd 描述符會自動關閉，防止被新程序繼承。

🧠 比如：

你在執行一個新的程序，不想讓這個程序看到你之前的“糖果罐子”，那就加上這個標志。

efd = eventfd(0, EFD_CLOEXEC); // exec 時自動關閉

這里我們一般使用的時候默認加上就好。

3?? `EFD_NONBLOCK` —— 非阻塞讀寫

效果：

設置為非阻塞模式后：

如果當前沒有數據可讀，read() 不會等待，而是立即返回錯誤碼 EAGAIN，如果緩沖區滿了，write() 也不會等待，而是立即返回 EAGAIN。

🧠 比如：

你去看糖果罐子，如果里面沒糖了，你不等，直接離開。

演示下：

#include <sys/eventfd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <errno.h>int main() {int efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK);uint64_t val;
ssize_t s = read(efd, &val, sizeof(val));
if (s == -1 && errno == EAGAIN) {printf("現在沒有事件發生\n");
}return 0;
}

效果：

發現如果設置了：

在這里插入圖片描述

直接返回-1，然后查看錯誤碼即可判斷是非阻塞模式。

如果沒設置：

在這里插入圖片描述

發現一直阻塞住。

4?? `EFD_SHARED_FCNTL_FLAGS（Linux 4.7+）`

效果：

允許多個 fork 出來的子進程共享這個 eventfd 的文件鎖狀態（很少用）。

🧠 舉例理解：

多個小孩一起管理同一個糖果罐子，不會互相干擾。

?? 這個標志只在較新的 Linux 內核中支持，一般用戶不需要關心。

因此，這里就不演示，也不常用。

三.綜合測試體驗下

代碼如下：

#include <sys/eventfd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <errno.h>int main() {int efd = eventfd(5, EFD_SEMAPHORE|EFD_CLOEXEC| EFD_NONBLOCK); // 啟用兩個標志uint64_t val;for (int i = 0; i < 6; ++i) {ssize_t s = read(efd, &val, sizeof(val));if (s == -1) {if (errno == EAGAIN|EWOULDBLOCK)printf("No more events.\n");elseperror("read");} else {printf("Read: %llu\n", (unsigned long long)val);}}close(efd);return 0;
}

效果：

在這里插入圖片描述

這里我們設置了非阻塞，因此最后會看到 NO more events，其次就是計數器寫成5，每次讀取都減1，然后每次讀出的都是1，當最后一次減完0了，然后是非阻塞因此會這樣。

如果我們寫入的值和eventfd本身初始化的值不同呢（他就會按照寫入的來初始化計數器了）：

代碼如下：

#include <sys/eventfd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <errno.h>int main() {int efd = eventfd(5, EFD_SEMAPHORE|EFD_CLOEXEC| EFD_NONBLOCK); // 啟用兩個標志uint64_t val=10;ssize_t s = write(efd, &val, sizeof(val));for (int i = 0; i < 6; ++i) {ssize_t s = read(efd, &val, sizeof(val));if (s == -1) {if (errno == EAGAIN|EWOULDBLOCK)printf("No more events.\n");elseperror("read");} else {printf("Read: %llu\n", (unsigned long long)val);}}close(efd);return 0;
}

因此當它讀完5個1后還會繼續讀，直到完成10個：

效果：

在這里插入圖片描述

如果不設置EFD_SEMAPHORE呢？

代碼如下：

#include <sys/eventfd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <errno.h>int main()
{int efd = eventfd(5, EFD_CLOEXEC | EFD_NONBLOCK); // 啟用兩個標志uint64_t val;for (int i = 0; i < 6; ++i){ssize_t s = read(efd, &val, sizeof(val));if (s == -1){if (errno == EAGAIN | EWOULDBLOCK)printf("No more events.\n");elseperror("read");}else{printf("Read: %llu\n", (unsigned long long)val);}}close(efd);return 0;
}

此時它就會一次性都讀出來，然后計數器瞬間清零。

效果：

在這里插入圖片描述

四.相關問題及使用技巧

相關問題：

問題	回答
eventfd 是不是只能用于線程間通信？	不是，也可以用于父子進程之間通信
eventfd 能不能和 epoll 一起用？	當然可以！這是最常見用法之一
eventfd 和 pipe 有什么區別？	eventfd 更輕量，適合簡單通知；pipe 適合傳輸大量數據
eventfd 的最大值是多少？	最大值是 0xFFFFFFFFFFFFFFFE（接近 18e18）
eventfd 會不會導致內存泄漏？	不會，只要記得 close(efd) 就行

使用技巧：（個人看法）

一般我們可以默認把EFD_CLOEXEC加上；然后對于需求來決定是否加上EFD_NONBLOCK;對于EFD_SEMAPHORE也就是想讓一次讀完還是多次也是根據自己需求來完成的（常用的也就是這三個）。

五.簡單基于`eventfd`與`epoll`多線程通知測試

大致測流程：

初始化 eventfd。
初始化 epoll。
將 eventfd 注冊到 epoll。
啟動多個線程調用 epoll_wait 等待事件。
主線程寫入 eventfd 觸發事件。
所有監聽線程收到事件并處理。

看圖：

在這里插入圖片描述

源碼：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <sys/eventfd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <cstdint>
#include <functional>
#include <chrono>// 線程數量
const int THREAD_COUNT = 3;int main() {// 1. 創建 eventfd (初始值為0)int efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC);if (efd == -1) {perror("eventfd");return 1;}// 2. 創建 epoll 實例int epfd = epoll_create1(0);if (epfd == -1) {perror("epoll_create1");close(efd);return 1;}// 3. 將 eventfd 添加進 epollstruct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;   // 只關心可讀事件ev.data.fd = efd;if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, efd, &ev) == -1) {perror("epoll_ctl: add");close(epfd);close(efd);return 1;}// 4. 創建線程池，每個線程調用 epoll_wait 等待事件std::vector<std::thread> threads;for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i) {threads.emplace_back([=]() {std::cout << "Thread [" << std::this_thread::get_id() << "] is waiting for event..." << std::endl;struct epoll_event events[10];while (true) {int n = epoll_wait(epfd, events, 10, -1); // 永遠等待if (n == -1) {perror("epoll_wait error");break;}for (int j = 0; j < n; ++j) {if (events[j].data.fd == efd && (events[j].events & EPOLLIN)) {uint64_t u;ssize_t s = read(efd, &u, sizeof(uint64_t));if (s != sizeof(uint64_t)) {perror("read eventfd");continue;}std::cout << "Thread [" << std::this_thread::get_id()<< "] received event, count: " << u << std::endl;}}}});}// 5. 主線程休眠一段時間后發送事件std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));std::cout << "Main thread is sending event to all workers..." << std::endl;uint64_t u = 1;if (write(efd, &u, sizeof(uint64_t)) != sizeof(uint64_t)) {perror("write eventfd");}// 6. 等待所有線程結束（這里為了簡單，實際應優雅退出）std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2)); // 給子線程足夠時間響應for (auto& t : threads) {if (t.joinable()) {t.detach(); // 或者 join()}}// 7. 清理資源close(epfd);close(efd);return 0;
}