epoll

最新推荐文章于 2025-08-16 12:22:41 发布

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#epoll #python #git

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概述

epoll 是 linux 内核为处理大批量文件描述符而对 poll 进行的改进版本，是 linux 下多路复用 IO 接口 select/poll 的增强版本，显著提高了程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的CPU利用率

在获取事件时，它无需遍历整个被侦听描述符集，只要遍历被内核 IO 事件异步唤醒而加入 ready 队列的描述符集合就行了

epoll 除了提供 select/poll 所提供的 IO 事件的电平触发，还提供了边沿触发，，这样做可以使得用户空间程序有可能缓存 IO 状态，减少 epoll_wait 或 epoll_pwait 的调用，提高程序效率

实现原理

liunx内部存储需要监控的epoll_event对象，如果有事件触发，返回对应事件

当某个进程调用 epoll_create 函数创建 epoll 专用的文件描述符epfd（连接用户空间和内核空间通道，就像socket 一样，用户看到的是epfd），

Linux 内核会创建为每个（epfd）创建 eventpoll 结构体变量：

struct eventpoll

{
  struct rb_root rbr; // 红黑树根节点，存储epoll 中所有事件

  struct list_head rdllist; // 双向链表，保存需要epoll_wait 返回的事件

}

这个结构体会在内核空间中分配独立的内存，用于存储使用 epoll_ctl 函数向 epoll 对象中添加进来的事件，

每一个事件都会挂到（存储）红黑树 rbr 上，这样重复添加的时间就可以通过红黑树结构快速识别并避免加入，保证了 epoll_ctl 函数的效率

所有添加到 epoll 中的时间都会与设备驱动程序建立回调关系，

一旦某个事件发生（满足条件是四个I/O事件，缓冲区满，缓冲区空，缓冲区非空，缓冲区非满），

则设备驱动程序会调用相应的回调函数，这个回调函数就是 ep_poll_callback，它会把相应事件放到 rdllist 这个双向链表中

这个双向链表的元素是 epitem 结构体类型的：

当向系统中添加一个fd时，就创建一个epitem结构体，这是内核管理epoll的基本数据结构：

struct epitem {

    struct rb_node  rbn;        //用于主结构管理的红黑树

    struct list_head  rdllink;  //事件就绪队列

    struct epitem  *next;       //用于主结构体中的链表

 struct epoll_filefd  ffd;   //这个结构体对应的被监听的文件描述符信息

 int  nwait;                 //poll操作中事件的个数

    struct list_head  pwqlist;  //双向链表，保存着被监视文件的等待队列，功能类似于select/poll中的poll_table

    struct eventpoll  *ep;      //该项属于哪个主结构体（多个epitm从属于一个eventpoll）

    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

    struct epoll_event  event;  //注册的感兴趣的事件,也就是用户空间的epoll_event

}

如下图：

事件触发模式

EPOLL事件有两种模型 Level Triggered (LT) 和 Edge Triggered (ET)：

LT(level triggered，水平触发模式)是缺省的工作方式，并且同时支持 block 和 non-block socket。在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。

ET(edge-triggered，边缘触发模式)是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，等到下次有新的数据进来的时候才会再次出发就绪事件。

函数原型

int epoll_create(int size);
创建一个 epoll 专用的文件描述符，调用成功返回描述符，否则返回 -1

需要注意的是，该描述符使用完毕后同样需要 close 操作
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
作用：需要监听的socket句柄和事件添加到内核
调用成功返回0，否则返回 -1

参数说明

epfd -- epoll_create 返回的 epoll 专用的文件描述符
op -- epoll_ctl 动作参数取值
fd -- 需要监听的fd
event -- 监听事件类型
struct epoll_event 的定义如下 :

    typedef union epoll_data {
        void *ptr;
        int fd;
        __uint32_t u32;
        __uint64_t u64;
    } epoll_data_t;


    struct epoll_event {
        __uint32_t events;      /* Epoll events 触发的条件 */
        epoll_data_t data;      /* User data variable */
    };
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);
When successful, epoll_wait(2) returns the number of file descriptors ready for the requested I/O, or zero if no file descriptor became ready during the requested timeoutmilliseconds. When an error occurs, epoll_wait(2) returns -1 and errno is set appropriately.

返回需要处理的事件数目，如返回 0 表示超时，调用失败返回 –1

参数说明

epfd -- epoll 专用文件描述符

events -- 事件触发的事件集合，

maxevents -- 每次能处理的最大事件数，不能大于 epoll_create 的 size 参数

timeout -- 超时时间，以毫秒为单位，0 表示立即返回，-1 表示永远阻塞
 
 
 