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Epoll详解及源码分析【转】

2017-01-11 14:45 204 查看
转自：http://blog.csdn.net/chen19870707/article/details/42525887

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① int epoll_create(int size);

创建一个epoll的句柄。自从linux2.6.8之后，size参数是被忽略的。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。


②int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注册函数，它不同于select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。
第一个参数是epoll_create()的返回值。
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fd。
第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：



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events可以是以下几个宏的集合：
EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里


③ int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

收集在epoll监控的事件中已经发送的事件。参数events是分配好的epoll_event结构体数组，epoll将会把发生的事件赋值到events数组中（events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个events数组中，不会去帮助我们在用户态中分配内存）。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将不确定，也有说法说是永久阻塞）。如果函数调用成功，返回对应I/O上已准备好的文件描述符数目，如返回0表示已超时。


3.Epoll  工作模式

①LT模式：Level Triggered水平触发
这个是缺省的工作模式。同时支持block socket和non-block socket。内核会告诉程序员一个文件描述符是否就绪了。如果程序员不作任何操作，内核仍会通知。

②ET模式：Edge Triggered 边缘触发
是一种高速模式。仅当状态发生变化的时候才获得通知。这种模式假定程序员在收到一次通知后能够完整地处理事件，于是内核不再通知这一事件。注意：缓冲区中还有未处理的数据不算状态变化，所以ET模式下程序员只读取了一部分数据就再也得不到通知了，正确的用法是程序员自己确认读完了所有的字节（一直调用read/write直到出错EAGAIN为止）。



如下图：


0：表示文件描述符未准备就绪

1：表示文件描述符准备就绪






对于水平触发模式(LT)：在1处，如果你不做任何操作，内核依旧会不断的通知进程文件描述符准备就绪。

对于边缘出发模式(ET): 只有在0变化到1处的时候，内核才会通知进程文件描述符准备就绪。之后如果不在发生文件描述符状态变化，内核就不会再通知进程文件描述符已准备就绪。

Nginx 默认采用的就是ET。

4.实例
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epoll用kmem_cache_create（slab分配器）分配内存用来存放struct epitem和struct eppoll_entry。

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：

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而每个epoll fd（epfd）对应的主要数据结构为：

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eventpoll在epoll_create时创建:

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其中，ep_alloc(struct eventpoll **pep)为pep分配内存，并初始化。

其中，上面注册的操作eventpoll_fops定义如下：

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这样说来，内核中维护了一棵红黑树，大致的结构如下：





接着是epoll_ctl函数（省略了出错检查等代码）：

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ep_insert的实现如下：

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init_poll_funcptr(&epq.pt, ep_ptable_queue_proc);

revents = tfile->f_op->poll(tfile, &epq.pt);

这两个函数将ep_ptable_queue_proc注册到epq.pt中的qproc。

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执行f_op->poll(tfile, &epq.pt)时，XXX_poll(tfile, &epq.pt)函数会执行poll_wait()，poll_wait()会调用epq.pt.qproc函数，即ep_ptable_queue_proc。

ep_ptable_queue_proc函数如下：

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其中struct eppoll_entry定义如下：

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ep_ptable_queue_proc 函数完成 epitem 加入到特定文件的wait队列任务。

ep_ptable_queue_proc有三个参数：

struct file *file; 该fd对应的文件对象

wait_queue_head_t *whead; 该fd对应的设备等待队列（同select中的mydev->wait_address）

poll_table *pt; f_op->poll(tfile, &epq.pt)中的epq.pt

在ep_ptable_queue_proc函数中，引入了另外一个非常重要的数据结构eppoll_entry。eppoll_entry主要完成epitem和epitem事件发生时的callback（ep_poll_callback）函数之间的关联。首先将eppoll_entry的whead指向fd的设备等待队列（同select中的wait_address），然后初始化eppoll_entry的base变量指向epitem，最后通过add_wait_queue将epoll_entry挂载到fd的设备等待队列上。完成这个动作后，epoll_entry已经被挂载到fd的设备等待队列。

由于ep_ptable_queue_proc函数设置了等待队列的ep_poll_callback回调函数。所以在设备硬件数据到来时，硬件中断处理函数中会唤醒该等待队列上等待的进程时，会调用唤醒函数ep_poll_callback

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所以ep_poll_callback函数主要的功能是将被监视文件的等待事件就绪时，将文件对应的epitem实例添加到就绪队列中，当用户调用epoll_wait()时，内核会将就绪队列中的事件报告给用户。

epoll_wait实现如下：

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ep_send_events函数向用户空间发送就绪事件。

ep_send_events()函数将用户传入的内存简单封装到ep_send_events_data结构中，然后调用ep_scan_ready_list() 将就绪队列中的事件传入用户空间的内存。

用户空间访问这个结果，进行处理。



7.参考
1.http://www.cnblogs.com/apprentice89/p/3234677.html

2.http://www.cnblogs.com/apprentice89/archive/2013/05/06/3063039.html
                                            

                                        

                        
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