服务器设计细节 之 【eventfd、struct stat、stat接口】

目录

1.eventfd

1.1.核心接口

[2.struct stat](#2.struct stat)

[2.1 核心字段说明](#2.1 核心字段说明)

[2.2 st_mode 详解](#2.2 st_mode 详解)

文件类型判断宏

权限判断宏

[2.3 stat 、lstat、fstat函数](#2.3 stat 、lstat、fstat函数)

三者对比

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1.eventfd

• eventfd 是 Linux 提供的一种轻量级事件通知机制，本质上是一个内核维护的 64 位无符号整数计数器，通过文件描述符来操作
• 它的核心用途是在线程间或进程间实现信号传递，典型场景是 epoll 事件驱动架构。相比于管道（pipe），它更轻量，无需管理缓冲区，开销更低

1.1.核心接口

• eventfd() 创建接口

项目	详细说明
函数原型	int eventfd(unsigned int initval, int flags);
所属头文件	<sys/eventfd.h>
作用	创建一个 eventfd 对象，返回一个指向它的文件描述符
参数 initval	计数器的初始值（uint64_t 类型，范围 0 ~ 0xfffffffffffffffe）
参数 flags	行为控制标志，按位或组合（详见下方 flags 表）
成功返回值	新的文件描述符（非负整数）
失败返回值	-1，并设置 errno
可能 errno	EINVAL：flags 无效 EMFILE：进程 fd 数达上限 ENFILE：系统 fd 数达上限 ENOMEM：内核内存不足

• eventfd() flags 标志详解表

标志	值	作用
0	0	默认模式 ：读写均可能阻塞，read() 读后清零
EFD_CLOEXEC	02000000 (八进制)	exec() 时自动关闭该 fd，防止子进程继承
EFD_NONBLOCK	04000 (八进制)	非阻塞模式：计数器为 0 时 read() 返回 EAGAIN；即将溢出时 write() 返回 EAGAIN
EFD_SEMAPHORE	1	信号量模式：read() 每次减 1 并返回 1，支持多消费者场景

组合	场景
eventfd(0, 0)	线程间同步，阻塞等待事件
eventfd(0, EFD_NONBLOCK)	在轮询循环中使用，不阻塞线程
`eventfd(0, EFD_CLOEXEC	EFD_NONBLOCK)`
`eventfd(0, EFD_SEMAPHORE	EFD_NONBLOCK)`

• write() 写入接口

项目	详细说明
函数原型	ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
所属头文件	<unistd.h>
对 eventfd 的作用	将 buf 中的 8 字节无符号整数值加到内核计数器上
参数 fd	eventfd 的文件描述符
参数 buf	指向一个 uint64_t 值的指针**（必须是 8 字节）**
参数 count	写入字节数，必须为 8
写入规则	1. 写入值被加到计数器 2. 如果结果超过 0xfffffffffffffffe，调用阻塞（除非设了 EFD_NONBLOCK） 3. 写入值为 0 是合法的，但不改变计数器，用于唤醒阻塞的 read()
成功返回值	8（永远完整写入，不存在部分写入）
失败返回值	-1，并设置 errno
可能 errno	EAGAIN：非阻塞模式下，写入会导致计数器溢出 EINVAL：count 不等于 8 或 buf 值非法 EBADF：fd 无效 EINTR：被信号中断

• read() 读取接口

项目	详细说明
函数原型	ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
所属头文件	<unistd.h>
对 eventfd 的作用	读取计数器的值，并根据模式清零或减 1
参数 fd	eventfd 的文件描述符
参数 buf	指向一个 uint64_t 变量的缓冲区（至少 8 字节）
参数 count	缓冲区大小，必须 ≥ 8
默认模式读取规则	1. 计数器 > 0：返回当前计数，原子清零 2. 计数器 = 0：阻塞，直到有 write() 写入值 3. 非阻塞：返回 EAGAIN
EFD_SEMAPHORE 模式	1. 计数器 > 0：返回固定值 1，原子减 1 2. 计数器 = 0：阻塞（非阻塞返回 EAGAIN） 3. 相当于每次消耗一个"事件资源"
成功返回值	8（读取到的 8 字节值填入 buf）
失败返回值	-1，并设置 errno
可能 errno	EAGAIN：非阻塞模式下计数器为零 EINVAL：count < 8 EBADF：fd 无效 EINTR：被信号中断

• close() 关闭接口

项目	详细说明
函数原型	int close(int fd);
所属头文件	<unistd.h>
作用	释放 eventfd 对象及其内核资源
参数 fd	eventfd 的文件描述符
成功返回值	0
失败返回值	-1，并设置 errno
可能 errno	EBADF：fd 无效
注意事项	如果多个进程/线程共享同一个 fd（如通过 fork 或 fd 传递），只有在所有引用该对象的 fd 都关闭后，内核计数器才真正释放

2.struct stat

struct stat 是 POSIX 标准中用于存储文件元信息的结构体，定义在 <sys/stat.h>

struct stat {
    dev_t     st_dev;         // 文件所在设备的 ID
    ino_t     st_ino;         // inode 节点号
    mode_t    st_mode;        // 文件类型和权限
    nlink_t   st_nlink;       // 硬链接数
    uid_t     st_uid;         // 所有者用户 ID
    gid_t     st_gid;         // 所属组 ID
    dev_t     st_rdev;        // 设备文件对应的设备 ID（非设备文件无意义）
    off_t     st_size;        // 文件大小（字节），普通文件才有意义
    blksize_t st_blksize;     // 文件系统 I/O 最优块大小
    blkcnt_t  st_blocks;      // 文件占用的 512B 块数量
    time_t    st_atime;       // 最后访问时间（access）
    time_t    st_mtime;       // 最后修改时间（modify）
    time_t    st_ctime;       // 最后状态改变时间（change）
};

2.1 核心字段说明

字段	类型	含义	使用场景
st_mode	mode_t	文件类型 + 权限	最常用，判断文件类型和权限
st_size	off_t	文件大小	获取文件大小，分配缓冲区
st_mtime	time_t	最后修改时间	HTTP 的 Last-Modified 头、缓存判断
st_ino	ino_t	inode 号	判断两个路径是否指向同一文件
st_nlink	nlink_t	硬链接数	判断文件是否有其他名字（为 0 时文件真正删除）
st_uid/st_gid	uid_t/gid_t	所有者/组	权限检查

2.2 st_mode 详解

st_mode 是一个位掩码，包含两部分信息：文件类型（高 4 位）访问权限（低 12 位）

文件类型判断宏

宏	含义	示例
S_ISREG(m)	普通文件	.txt, .html, 可执行文件
S_ISDIR(m)	目录	/home, /tmp
S_ISLNK(m)	符号链接	软链接文件
S_ISCHR(m)	字符设备	/dev/tty, /dev/null
S_ISBLK(m)	块设备	/dev/sda, /dev/sdb
S_ISFIFO(m)	命名管道	FIFO 文件
S_ISSOCK(m)	套接字	socket 文件

权限判断宏

st.st_mode & S_XXX

宏	含义	八进制值
S_IRUSR	所有者读	0400
S_IWUSR	所有者写	0200
S_IXUSR	所有者执行	0100
S_IRGRP	组读	0040
S_IWGRP	组写	0020
S_IXGRP	组执行	0010
S_IROTH	其他人读	0004
S_IWOTH	其他人写	0002
S_IXOTH	其他人执行	0001

2.3 stat 、lstat、fstat函数

#include <sys/stat.h>

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

参数	类型	方向	说明
pathname	const char *	输入	文件路径（绝对或相对，支持符号链接跟随）
statbuf	struct stat *	输出	用于存储文件元信息的结构体指针

返回值	含义	后续操作
0	成功，statbuf 已填充	读取 statbuf 中各字段
-1	失败	检查 errno 获取原因
2	ENOENT	文件不存在
13	EACCES	路径中某个目录无搜索权限
20	ENOTDIR	路径中某个组件不是目录
36	ENAMETOOLONG	路径名太长
40	ELOOP	符号链接循环引用
14	EFAULT	pathname 或 statbuf 指针无效
12	ENOMEM	内核内存不足
116	ESTALE	NFS 文件句柄过期

#include <sys/stat.h>

int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

项目	说明
参数	同 stat：pathname（输入路径）、statbuf（输出信息）
返回值	同 stat：成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno
errno	同 stat：ENOENT、EACCES、ENOTDIR、ELOOP 等
核心区别	若 pathname 是符号链接，返回符号链接自身的信息，而非目标文件

#include <sys/stat.h>

int fstat(int fd, struct stat *statbuf);

项目	说明
参数	fd：已打开的文件描述符（输入）；statbuf：输出信息
返回值	成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno
errno	EBADF（9）：fd 无效；EFAULT（14）：statbuf 指针无效；ENOMEM（12）：内存不足
核心区别	通过文件描述符获取信息，无需文件名，适用于已打开的文件

三者对比

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| | stat | lstat | fstat |
| 输入 | 路径字符串 | 路径字符串 | 文件描述符 |
| 符号链接 | 跟随，返回目标信息 | 不跟随，返回链接自身 | 跟随（文件已打开） |
| 典型场景 | 查询任意文件信息 | 判断文件是否为符号链接 | 已 open() 后查询 |
| 头文件 | <sys/stat.h> | <sys/stat.h> | <sys/stat.h> |