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从Linux源码角度看Epoll，透过现象看本质

Linux

对于较多数量的文件描述符的监听无论是select还是poll系统调用都显得捉襟见肘，poll每次都需要将所有的文件描述符复制到内核，内核本身不会对这些文件描述符加以保存，这样的设计就导致了poll的效率的低下 。
而epoll则对此做了相应的改进，不是epoll_wait的时候才传入fd，而是通过epoll_ctl把所有fd传入内核，再一起”wait”，这就省掉了不必要的重复拷贝 。
其次，在 epoll_wait时，也不是把current轮流地加入fd对应的设备等待队列，而是在设备等待队列醒来时调用一个回调函数（当然，这就需要“唤醒回调”机制），把产生事件的fd归入一个链表，然后返回这个链表上的fd 。另外，epoll机制实现了自己特有的文件系统eventpoll filesystem 。

从Linux源码角度看Epoll，透过现象看本质

文章插图
 
epoll初始化当系统启动时，epoll会进行初始化操作：
static int __init eventpoll_init(void){mutex_init(&epmutex);/* Initialize the structure used to perform safe poll wait head wake ups */ep_poll_safewake_init(&psw);/* Allocates slab cache used to allocate "struct epitem" items */epi_cache = kmem_cache_create("eventpoll_epi", sizeof(struct epitem),0, SLAB_HWCACHE_ALIGN|EPI_SLAB_DEBUG|SLAB_PANIC,NULL);/* Allocates slab cache used to allocate "struct eppoll_entry" */pwq_cache = kmem_cache_create("eventpoll_pwq",sizeof(struct eppoll_entry), 0,EPI_SLAB_DEBUG|SLAB_PANIC, NULL);return 0;}fs_initcall(eventpoll_init);上面的代码实现一些数据结构的初始化,通过fs/eventpoll.c中的注释可以看出,有三种类型的锁机制使用场景:
1.epmutex(mutex):用户关闭文件描述符，但是没有调用EPOLL_CTL_DEL
2.ep->mtx(mutex):用户态与内核态的转换可能会睡眠
3.ep->lock(spinlock):内核态与具体设备中断过程中的转换,poll回调
接下来就是使用slab分配器动态分配内存，第一个结构为当系统中添加一个fd时，就创建一epitem结构体,内核管理的基本数据结构 。
内核数据结构epoll在内核主要维护了两个数据结构eventpoll与epitem，其中eventpoll表示每个epoll实例本身，epitem表示的是每一个IO所对应的的事件 。
struct epitem {/* RB tree node used to link this structure to the eventpoll RB tree */struct rb_node rbn; /*用于挂载到eventpoll管理的红黑树*//* List header used to link this structure to the eventpoll ready list */struct list_head rdllink; /*挂载到eventpoll.rdlist的事件就绪队列*//** Works together "struct eventpoll"->ovflist in keeping the* single linked chain of items.*/struct epitem *next; /*用于主结构体中的链表*//* The file descriptor information this item refers to */struct epoll_filefd ffd; /*该结构体对应的被监听的文件描述符信息(fd+file，作为红黑树的key)*//* Number of active wait queue attached to poll operations */int nwait;/*poll(轮询操作)的事件个数/* List containing poll wait queues */struct list_head pwqlist; /*双向链表，保存被监视文件的等待队列，功能类似于select/poll中的poll_table；同一个文件上可能会监视多种事件，这些事件可能从属于不同的wait_queue中，所以需要使用链表/* The "container" of this item */struct eventpoll *ep; /*当前epitem的所有者（多个epitem从属于一个eventpoll）*//* List header used to link this item to the "struct file" items list */struct list_head fllink; /*双向链表，用来链接被监视的文件描述符对应的struct file 。因为file里有f_ep_link用来保存所有监视这个文件的epoll节点/* The structure that describe the interested events and the source fd */struct epoll_event event; /*注册感兴趣的事件，也就是用户空间的epoll_event};而每个epoll fd对应的主要数据结构为：
struct eventpoll {/* Protect the this structure access */spinlock_t lock; /*自旋锁，在kernel内部用自旋锁加锁，就可以同时多线(进)程对此结构体进行操作，主要是保护ready_list*//** This mutex is used to ensure that files are not removed* while epoll is using them. This is held during the event* collection loop, the file cleanup path, the epoll file exit* code and the ctl operations.*/struct mutex mtx; /*防止使用时被删除*//* Wait queue used by sys_epoll_wait() */wait_queue_head_t wq; /*sys_epoll_wait()使用的等待队列*//* Wait queue used by file->poll() */wait_queue_head_t poll_wait; /*file->epoll()使用的等待队列*//* List of ready file descriptors */struct list_head rdllist; /*事件就绪链表*//* RB tree root used to store monitored fd structs */struct rb_root rbr; /*用于管理当前epoll关注的文件描述符（树根）*//** This is a single linked list that chains all the "struct epitem" that* hAppened while transfering ready events to userspace w/out* holding ->lock.*/struct epitem *ovflist; /*在向用户空间传输就绪事件的时候，将同时发生事件的文件描述符链入到这个链表里面*/};


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