epoll原理简介 _epoll

epoll是linux引以为荣的技术，因为相对于select和poll有很大的性能改进。本文主要介绍epoll的实现原理，了解epoll高效背后的魔法。
epoll的使用简介1. epoll_create
使用epoll时需要使用epoll_create()创建一个epoll的文件句柄，epoll_create()函数的原型如下：
intepoll_create(int size);此接口用于创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。

2. epoll_ctl
使用epoll_ctl()可以向epoll句柄添加或者删除要监听的文件句柄。epoll_ctl()函数原型如下：
intepoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);要监听文件是否可读写时先要向epoll句柄注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()返回的epoll句柄，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：

EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中。
EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件。
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd 。

第三个参数是需要监听的文件句柄，第四个参数是告诉内核需要监听什么事。

3. epoll_wait
万事俱备，现在只需要调用epoll_wait()函数就可以开始等待事件发生了。epoll_wailt()函数的原型如下：
intepoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。
epoll实现原理前面介绍了epoll的使用，接下来主要介绍epoll在内核的实现原理。
当我们在用户态调用epoll_create()时，会触发调用内核的sys_epoll_create() 。我们先来看看sys_epoll_create()这个函数：
SYSCALL_DEFINE1(epoll_create1, int, flags){ int error, fd; structeventpoll *ep = NULL; structfile *file; ... error = ep_alloc(&ep); ... fd = get_unused_fd_flags(O_RDWR| (flags & O_CLOEXEC)); ... file = anon_inode_getfile("[eventpoll]", &eventpoll_fops, ep, O_RDWR | (flags &O_CLOEXEC)); ... fd_install(fd,file); ep->file = file;return fd;}这个函数主要调用ep_alloc()申请一个eventpoll结构，eventpoll结构是epoll的核心数据结构，我们来看看这个结构的定义：
structeventpoll { spinlock_t lock; structmutexmtx; wait_queue_head_t wq; wait_queue_head_t poll_wait; structlist_headrdllist; structrb_rootrbr; structepitem *ovflist; structuser_struct *user; structfile *file; intvisited; structlist_headvisited_list_link;};eventpoll结构有三个字段是比较重要的，分别是：wq、rdllist和rbr 。

wq用于保存有哪些进程在等待这个epoll返回。
rdllist用于保存可读写的文件。
rbr用于建立一个快速查找文件句柄的红黑树。

创建完eventpoll结构后，sys_epoll_create()会调用get_unused_fd_flags()获取一个空闲的文件句柄fd，接着调anon_inode_getfile()获取一个空闲的file结构，并且把eventpoll结构与file结构绑定。最后调用fd_install()把文件句柄fd与file结构绑定，返回文件句柄fd 。通过一系列的操作后，内核就可以通过文件句柄fd与eventpoll结构进行关联。
根据epoll的使用流程，使用epoll_create()创建epoll句柄后，可以通过epoll_ctl()函数向epoll句柄添加和删除要监视的文件句柄。调用epoll_ctl()会触发内核调用sys_epoll_ctl()函数，我们来看看sys_epoll_ctl()函数的最重要部分：
SYSCALL_DEFINE4(epoll_ctl,int, epfd, int, op, int, fd, struct epoll_event __user *,event){ ... switch (op) { case EPOLL_CTL_ADD: if (!epi) { epds.events |= POLLERR | POLLHUP; error = ep_insert(ep, &epds,tfile, fd); } else error = -EEXIST; clear_tfile_check_list(); break; case EPOLL_CTL_DEL: if (epi) error = ep_remove(ep, epi); else error = -ENOENT; break; case EPOLL_CTL_MOD: if (epi) { epds.events |= POLLERR | POLLHUP; error = ep_modify(ep, epi,&epds); } else error = -ENOENT; break; } ... return error;}sys_epoll_ctl()会根据我们传递的op参数来进行不同的操作，我们主要看看op为EPOLL_CTL_ADD的操作，也就是添加操作。当进行添加操作时，sys_epoll_ctl()最终会调用ep_insert()把文件句柄fd添加到eventpoll结构维护的红黑树中，ep_insert()代码如下：
static int ep_insert(struct eventpoll *ep, struct epoll_event*event, struct file *tfile, int fd){ int error, revents, pwake =0; unsignedlong flags; structepitem *epi; structep_pqueue epq; ... if (!(epi =kmem_cache_alloc(epi_cache, GFP_KERNEL))) return -ENOMEM; ... init_poll_funcptr(&epq.pt,ep_ptable_queue_proc); revents = tfile->f_op->poll(tfile,&epq.pt); ... ep_rbtree_insert(ep, epi); ... return 0;}ep_insert()函数首先创建一个epitem结构用于管理事件，然后调用文件句柄的poll()接口，根据init_poll_funcptr(&epq.pt,ep_ptable_queue_proc)这行代码的设置，poll()接口最终会调用ep_ptable_queue_proc()函数。ep_ptable_queue_proc()函数代码如下：