1 功能介紹
     epoll與select/poll不同的一點是，它是由一組系統(tǒng)調(diào)用組成。
     int epoll_create(int size);
     int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
     int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
                       int maxevents, int timeout);
     epoll相關系統(tǒng)調(diào)用是在Linux 2.5.44開始引入的。該系統(tǒng)調(diào)用針對傳統(tǒng)的selec
t/poll系統(tǒng)調(diào)用的不足，設計上作了很大的改動。select/poll的缺點在于：
     1.每次調(diào)用時要重復地從用戶態(tài)讀入?yún)?shù)。
     2.每次調(diào)用時要重復地掃描文件描述符。
     3.每次在調(diào)用開始時，要把當前進程放入各個文件描述符的等待隊列。在調(diào)用結(jié)
束后，又把進程從各個等待隊列中刪除。
     在實際應用中，select/poll監(jiān)視的文件描述符可能會非常多，如果每次只是返回
一小部分，那么，這種情況下select/poll顯得不夠高效。epoll的設計思路，是把s
elect/poll單個的操作拆分為1個epoll_create+多個epoll_ctrl+一個wait。此外，
內(nèi)核針對epoll操作添加了一個文件系統(tǒng)”eventpollfs”，每一個或者多個要監(jiān)視的
文件描述符都有一個對應的eventpollfs文件系統(tǒng)的inode節(jié)點，主要信息保存在eve
ntpoll結(jié)構(gòu)體中。而被監(jiān)視的文件的重要信息則保存在epitem結(jié)構(gòu)體中。所以他們
是一對多的關系。
     由于在執(zhí)行epoll_create和epoll_ctrl時，已經(jīng)把用戶態(tài)的信息保存到內(nèi)核態(tài)了
，所以之后即使反復地調(diào)用epoll_wait，也不會重復地拷貝參數(shù)，掃描文件描述符，
反復地把當前進程放入/放出等待隊列。這樣就避免了以上的三個缺點。
     接下去看看它們的實現(xiàn)：
2 關鍵結(jié)構(gòu)體：
/* Wrapper struct used by poll queueing */
struct ep_pqueue {
         poll_table pt;
         struct epitem *epi;
};
     這個結(jié)構(gòu)體類似于select/poll中的struct poll_wqueues。由于epoll需要在內(nèi)核
態(tài)保存大量信息，所以光光一個回調(diào)函數(shù)指針已經(jīng)不能滿足要求，所以在這里引入了
一個新的結(jié)構(gòu)體struct epitem。
/*
 * Each file descriptor added to the eventpoll interface will
 * have an entry of this type linked to the hash.
 */
struct epitem {
         /* RB-Tree node used to link this structure to the eventpoll rb
-tree */
         struct rb_node rbn;
紅黑樹，用來保存eventpoll
         /* List header used to link this structure to the eventpoll rea
dy list */
         struct list_head rdllink;
雙向鏈表，用來保存已經(jīng)完成的eventpoll
         /* The file descriptor information this item refers to */
         struct epoll_filefd ffd;
這個結(jié)構(gòu)體對應的被監(jiān)聽的文件描述符信息
         /* Number of active wait queue attached to poll operations */
         int nwait;
poll操作中事件的個數(shù)
         /* List containing poll wait queues */
         struct list_head pwqlist;
雙向鏈表，保存著被監(jiān)視文件的等待隊列，功能類似于select/poll中的poll_tab
le
         /* The "container" of this item */
         struct eventpoll *ep;
指向eventpoll，多個epitem對應一個eventpoll
         /* The structure that describe the interested events and the so
urce fd */
         struct epoll_event event;
記錄發(fā)生的事件和對應的fd
         /*
          * Used to keep track of the usage count of the structure. This
 avoids
          * that the structure will desappear from underneath our proces
sing.
          */
         atomic_t usecnt;
引用計數(shù)
         /* List header used to link this item to the "struct file" item
s list */
         struct list_head fllink;
雙向鏈表，用來鏈接被監(jiān)視的文件描述符對應的struct file。因為file里有f_ep
_link，用來保存所有監(jiān)視這個文件的epoll節(jié)點
         /* List header used to link the item to the transfer list */
         struct list_head txlink;
雙向鏈表，用來保存?zhèn)鬏旉犃?br>         /*
          * This is used during the collection/transfer of events to use
rspace
          * to pin items empty events set.
          */
         unsigned int revents;
文件描述符的狀態(tài)，在收集和傳輸時用來鎖住空的事件集合
};
     該結(jié)構(gòu)體用來保存與epoll節(jié)點關聯(lián)的多個文件描述符，保存的方式是使用紅黑樹
實現(xiàn)的hash表。至于為什么要保存，下文有詳細解釋。它與被監(jiān)聽的文件描述符一一
對應。
struct eventpoll {
         /* Protect the this structure access */
         rwlock_t lock;
讀寫鎖
         /*
          * This semaphore is used to ensure that files are not removed
          * while epoll is using them. This is read-held during the even
t
          * collection loop and it is write-held during the file cleanup
          * path, the epoll file exit code and the ctl operations.
          */
         struct rw_semaphore sem;
讀寫信號量
         /* Wait queue used by sys_epoll_wait() */
         wait_queue_head_t wq;
         /* Wait queue used by file->poll() */
         wait_queue_head_t poll_wait;
         /* List of ready file descriptors */
         struct list_head rdllist;
已經(jīng)完成的操作事件的隊列。
         /* RB-Tree root used to store monitored fd structs */
         struct rb_root rbr;
保存epoll監(jiān)視的文件描述符
};
     這個結(jié)構(gòu)體保存了epoll文件描述符的擴展信息，它被保存在file結(jié)構(gòu)體的priva
te_data中。它與epoll文件節(jié)點一一對應。通常一個epoll文件節(jié)點對應多個被監(jiān)視
的文件描述符。所以一個eventpoll結(jié)構(gòu)體會對應多個epitem結(jié)構(gòu)體。
     那么，epoll中的等待事件放在哪里呢？見下面
/* Wait structure used by the poll hooks */
struct eppoll_entry {
         /* List header used to link this structure to the "struct epite
m" */
         struct list_head llink;
         /* The "base" pointer is set to the container "struct epitem" *
/
         void *base;
         /*
          * Wait queue item that will be linked to the target file wait
          * queue head.
          */
         wait_queue_t wait;
         /* The wait queue head that linked the "wait" wait queue item *
/
         wait_queue_head_t *whead;
};
     與select/poll的struct poll_table_entry相比，epoll的表示等待隊列節(jié)點的結(jié)
構(gòu)體只是稍有不同，與struct poll_table_entry比較一下。
struct poll_table_entry {
         struct file * filp;
         wait_queue_t wait;
         wait_queue_head_t * wait_address;
};
     由于epitem對應一個被監(jiān)視的文件，所以通過base可以方便地得到被監(jiān)視的文件
信息。又因為一個文件可能有多個事件發(fā)生，所以用llink鏈接這些事件。
3 epoll_create的實現(xiàn)
     epoll_create()的功能是創(chuàng)建一個eventpollfs文件系統(tǒng)的inode節(jié)點。具體由ep
_getfd()完成。ep_getfd()先調(diào)用ep_eventpoll_inode()創(chuàng)建一個inode節(jié)點，然后
調(diào)用d_alloc()為inode分配一個dentry。最后把file,dentry,inode三者關聯(lián)起來。
     在執(zhí)行了ep_getfd()之后，它又調(diào)用了ep_file_init(),分配了eventpoll結(jié)構(gòu)體
，并把eventpoll的指針賦給file結(jié)構(gòu)體，這樣eventpoll就與file結(jié)構(gòu)體關聯(lián)起來了
。
     需要注意的是epoll_create()的參數(shù)size實際上只是起參考作用，只要它不小于
等于0，就并不限制這個epoll inode關聯(lián)的文件描述符數(shù)量。
4 epoll_ctl的實現(xiàn)
     epoll_ctl的功能是實現(xiàn)一系列操作，如把文件與eventpollfs文件系統(tǒng)的inode節(jié)
點關聯(lián)起來。這里要介紹一下eventpoll結(jié)構(gòu)體，它保存在file->f_private中，記錄
了eventpollfs文件系統(tǒng)的inode節(jié)點的重要信息，其中成員rbr保存了該epoll文件節(jié)
點監(jiān)視的所有文件描述符。組織的方式是一棵紅黑樹，這種結(jié)構(gòu)體在查找節(jié)點時非常
高效。
     首先它調(diào)用ep_find()從eventpoll中的紅黑樹獲得epitem結(jié)構(gòu)體。然后根據(jù)op參
數(shù)的不同而選擇不同的操作。如果op為EPOLL_CTL_ADD，那么正常情況下epitem是不
可能在eventpoll的紅黑樹中找到的，所以調(diào)用ep_insert創(chuàng)建一個epitem結(jié)構(gòu)體并插
入到對應的紅黑樹中。
     ep_insert()首先分配一個epitem對象，對它初始化后，把它放入對應的紅黑樹。
此外，這個函數(shù)還要作一個操作，就是把當前進程放入對應文件操作的等待隊列。這
一步是由下面的代碼完成的。
     init_poll_funcptr(&epq.pt, ep_ptable_queue_proc);
     。。。
     revents = tfile->f_op->poll(tfile, &epq.pt);
     函數(shù)先調(diào)用init_poll_funcptr注冊了一個回調(diào)函數(shù) ep_ptable_queue_proc，這
個函數(shù)會在調(diào)用f_op->poll時被執(zhí)行。該函數(shù)分配一個epoll等待隊列結(jié)點eppoll_e
ntry：一方面把它掛到文件操作的等待隊列中，另一方面把它掛到epitem的隊列中
。此外，它還注冊了一個等待隊列的回調(diào)函數(shù)ep_poll_callback。當文件操作完成，
喚醒當前進程之前，會調(diào)用ep_poll_callback()，把eventpoll放到epitem的完成隊
列中，并喚醒等待進程。
     如果在執(zhí)行f_op->poll以后，發(fā)現(xiàn)被監(jiān)視的文件操作已經(jīng)完成了，那么把它放在
完成隊列中了，并立即把等待操作的那些進程喚醒。
5 epoll_wait的實現(xiàn)
     epoll_wait的工作是等待文件操作完成并返回。
     它的主體是ep_poll()，該函數(shù)在for循環(huán)中檢查epitem中有沒有已經(jīng)完成的事件
，有的話就把結(jié)果返回。沒有的話調(diào)用schedule_timeout()進入休眠，直到進程被再
度喚醒或者超時。
6 性能分析
     epoll機制是針對select/poll的缺陷設計的。通過新引入的eventpollfs文件系統(tǒng)
，epoll把參數(shù)拷貝到內(nèi)核態(tài)，在每次輪詢時不會重復拷貝。通過把操作拆分為epol
l_create,epoll_ctl,epoll_wait，避免了重復地遍歷要監(jiān)視的文件描述符。此外，
由于調(diào)用epoll的進程被喚醒后，只要直接從epitem的完成隊列中找出完成的事件，
找出完成事件的復雜度由O(N)降到了O(1)。
     但是epoll的性能提高是有前提的，那就是監(jiān)視的文件描述符非常多，而且每次完
成操作的文件非常少。所以，epoll能否顯著提高效率，取決于實際的應用場景。這
方面需要進一步測試。

轉(zhuǎn)自http://www.freecity.cn/agent/thread.do?id=LinuxDev-48b24eba-c4e53e6f2d89ff3cb039f2c4ed4102e9

from:

http://blog.chinaunix.net/u2/67780/showart_2064403.html