Epoll实现分析——作者：lvyilong316

通过上一章分析，poll运行效率的两个瓶颈已经找出，现在的问题是怎么改进。首先，如果要监听1000个fd，每次poll都要把1000个fd 拷入内核，太不科学了，内核干嘛不自己保存已经拷入的fd呢？答对了，epoll就是自己保存拷入的fd，它的API就已经说明了这一点——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轮流的加入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

1. 内核数据结构

(1) struct eventpoll {  

    spinlock_t lock;  

      struct mutex mtx;  

      wait_queue_head_t wq;  /* Wait queue used by sys_epoll_wait() ,调用epoll_wait()时, 我们就是"睡"在了这个等待队列上*/

 wait_queue_head_t poll_wait;  /* Wait queue used by file->poll() , 这个用于epollfd本事被poll的时候*/

 struct list_head rdllist; /* List of ready file descriptors, 所有已经ready的epitem都在这个链表里面*/ 

 structrb_root rbr; /* RB tree root used to store monitored fd structs, 所有要监听的epitem都在这里*/ 

epitem *ovflist;  /*存放的epitem都是我们在传递数据给用户空间时监听到了事件*/.

 struct user_struct *user; /*这里保存了一些用户变量,比如fd监听数量的最大值等*/  

};  

通过epoll_ctl接口加入该epoll描述符监听的套接字则属于socket filesystem，这点一定要注意。每个添加的待监听（这里监听和listen调用不同）都对应于一个epitem结构体，该结构体已红黑树的结构组织，eventpoll结构中保存了树的根节点（rbr成员）。同时有监听事件到来的套接字的该结构以双向链表组织起来，链表头保存在eventpoll中（rdllist成员）。

/* 

 * Each file descriptor added to the eventpoll interface will  have an entry of this type linked to the "rbr" RB tree. 

 */  

(2) struct epitem {  

    struct rb_node rbn;      /* RB tree node used to link this structure to the eventpoll RB tree */  

struct list_head rdllink;  /* 链表节点, 所有已经ready的epitem都会被链到eventpoll的rdllist中 */ 

    struct epitem *next;  

    struct epoll_filefd ffd;    /* The file descriptor information this item refers to */

    int nwait;   /* Number of active wait queue attached to poll operations */

    struct list_head pwqlist;  /* List containing poll wait queues */  

    struct eventpoll *ep;  /* The "container" of this item */ 

    struct list_head fllink; /* List header used to link this item to the "struct file" items list */ 

 struct epoll_event event;   /*当前的epitem关系哪些events, 这个数据是调用epoll_ctl时从用户态传递过来 */ 

};  

(3) struct epoll_filefd {

struct file *file;

int fd;};

(4)  struct eppoll_entry { /* Wait structure used by the poll hooks */

struct list_head llink; /* List header used to link this structure to the "struct epitem" */

struct epitem *base; /* The "base" pointer is set to the container "struct epitem" */

wait_queue_t wait; / Wait queue item that will be linked to the target file wait queue head. /

wait_queue_head_t *whead;/The wait queue head that linked the "wait" wait queue item */

};//注：后两项相当于等待队列

(5)  struct ep_pqueue {/* Wrapper struct used by poll queueing */

poll_table pt;   // struct poll_table是一个函数指针的包裹

struct epitem *epi;

};

(6) struct ep_send_events_data {

     /* Used by the ep_send_events() function as callback private data */

int maxevents;

struct epoll_event __user *events;

};