epoll源码分析

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前言

Linux内核提供了3个关键函数供用户来操作epoll，分别是：

• epoll_create(), 创建eventpoll对象 
• epoll_ctl(), 操作eventpoll对象 
• epoll_wait(), 从eventpoll对象中返回活跃的事件

而操作系统内部会用到一个名叫epoll_event_callback()的回调函数来调度epoll对象中的事件，这个函数非常重要，故本文将会对上述4个函数进行源码分析。

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源码来源

由于epoll的实现内嵌在内核中，直接查看内核源码的话会有一些无关代码影响阅读。为此笔者在GitHub上找到一个大神写的简化版TCP/IP协议栈，里面实现了epoll逻辑。链接为：https://github.com/wangbojing/NtyTcp

存放着以上4个关键函数的文件是[src\nty_epoll_rb.c]，本文接下来通过分析该程序的代码来探索epoll能支持高并发连接的秘密。

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两个核心数据结构

(1)epitem

如图所示，epitem是中包含了两个主要的成员变量，分别是rbn和rdlink，前者是红黑树的节点，而后者是双链表的节点，也就是说一个epitem对象即可作为红黑树中的一个节点又可作为双链表中的一个节点。并且每个epitem中存放着一个event，对event的查询也就转换成了对epitem的查询。

struct epitem {
	RB_ENTRY(epitem) rbn;
	/*  RB_ENTRY(epitem) rbn等价于
	struct {											
		struct type *rbe_left;		//指向左子树
		struct type *rbe_right;		//指向右子树
		struct type *rbe_parent;	//指向父节点
		int rbe_color;			    //该节点的颜色
	} rbn
	*/

	LIST_ENTRY(epitem) rdlink;
	/* LIST_ENTRY(epitem) rdlink等价于
	struct {									
		struct type *le_next;	//指向下个元素
		struct type **le_prev;	//前一个元素的地址
	}*/

	int rdy; //判断该节点是否同时存在与红黑树和双向链表中
	
	int sockfd; //socket句柄
	struct epoll_event event;  //存放用户填充的事件
};

(2)eventpoll

如图所示，eventpoll中包含了两个主要的成员变量，分别是rbr和rdlist，前者指向红黑树的根节点，后者指向双链表的头结点。即一个eventpoll对象对应二个epitem的容器。对epitem的检索，将发生在这两个容器上（红黑树和双链表）。

struct eventpoll {
	/*
	struct ep_rb_tree {
		struct epitem *rbh_root; 			
	}
	*/
	ep_rb_tree rbr;      //rbr指向红黑树的根节点
	
	int rbcnt; //红黑树中节点的数量（也就是添加了多少个TCP连接事件）
	
	LIST_HEAD( ,epitem) rdlist;    //rdlist指向双向链表的头节点；