Linux epoll模型详解及源码分析

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Linux epoll模型详解及源码分析

adoryn 2018-06-03 15:50:50 浏览1869
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版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/zhaobryant/article/details/80557262

一、epoll简介

epoll是当前在Linux下开发大规模并发网络程序的热门选择,epoll在Linux2.6内核中正式引入,和select相似,都是IO多路复用(IO multiplexing)技术。

按照man手册的说法,epoll是为处理大批量句柄而做了改进的poll

Linux下有以下几个经典的服务器模型:

1、PPC模型和TPC模型

PPC(Process Per Connection)模型和TPC(Thread Per Connection)模型的设计思想类似,就是给每一个到来的连接都分配一个独立的进程或者线程来服务。对于这两种模型,其需要耗费较大的时间和空间资源。当管理连接数较多时,进程或线程的切换开销较大。因此,这类模型能接受的最大连接数都不会高,一般都在几百个左右。

2、select模型

对于select模型,其主要有以下几个特点:

  • 最大并发数限制:由于一个进程所打开的fd(文件描述符)是有限制的,由FD_SETSIZE设置,默认值是1024/2048,因此,select模型的最大并发数就被限制了。

  • 效率问题:每次进行select调用都会线性扫描全部的fd集合。这样,效率就会呈现线性下降。

  • 内核/用户空间内存拷贝问题:select在解决将fd消息传递给用户空间时采用了内存拷贝的方式。这样,其处理效率不高。

3、poll模型

对于poll模型,其虽然解决了select最大并发数的限制,但依然没有解决掉select的效率问题和内存拷贝问题。

4、epoll模型

对比于其他模型,epoll做了如下改进:

支持一个进程打开较大数目的文件描述符(fd)

select模型对一个进程所打开的文件描述符是有一定限制的,其由FD_SETSIZE设置,默认为1024/2048。这对于那些需要支持上万连接数目的高并发服务器来说显然太少了,这个时候,可以选择两种方案:一是可以选择修改FD_SETSIZE宏然后重新编译内核,不过这样做也会带来网络效率的下降;二是可以选择多进程的解决方案(传统的Apache方案),不过虽然Linux中创建线程的代价比较小,但仍然是不可忽视的,加上进程间数据同步远不及线程间同步的高效,所以也不是一种完美的方案。

但是,epoll则没有对描述符数目的限制,它所支持的文件描述符上限是整个系统最大可以打开的文件数目,例如,在1GB内存的机器上,这个限制大概为10万左右。

IO效率不会随文件描述符(fd)的增加而线性下降

传统的select/poll的一个致命弱点就是当你拥有一个很大的socket集合时,不过任一时间只有部分socket是活跃的,select/poll每次调用都会线性扫描整个socket集合,这将导致IO处理效率呈现线性下降。

但是,epoll不存在这个问题,它只会对活跃的socket进行操作,这是因为在内核实现中,epoll是根据每个fd上面的callback函数实现的。因此,只有活跃的socket才会主动去调用callback函数,其他idle状态socket则不会。在这一点上,epoll实现了一个伪AIO,其内部推动力在内核。

在一些benchmark中,如果所有的socket基本上都是活跃的,如高速LAN环境,epoll并不比select/poll效率高,相反,过多使用epoll_ctl,其效率反而还有稍微下降。但是,一旦使用idle connections模拟WAN环境,epoll的效率就远在select/poll之上了。

使用mmap加速内核与用户空间的消息传递

无论是select,poll还是epoll,它们都需要内核把fd消息通知给用户空间。因此,如何避免不必要的内存拷贝就很重要了。对于该问题,epoll通过内核与用户空间mmap同一块内存来实现。

内核微调

这一点其实不算epoll的优点了,而是整个Linux平台的优点,Linux赋予开发者微调内核的能力。比如,内核TCP/IP协议栈使用内存池管理sk_buff结构,那么,可以在运行期间动态调整这个内存池大小(skb_head_pool)来提高性能,该参数可以通过使用echo xxxx > /proc/sys/net/core/hot_list_length来完成。再如,可以尝试使用最新的NAPI网卡驱动架构来处理数据包数量巨大但数据包本身很小的特殊场景。

二、epoll API

epoll只有epoll_createepoll_ctlepoll_wait这三个系统调用。其定义如下:

#include <sys/epoll.h>

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);

1、epoll_create

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);

可以调用epoll_create方法创建一个epoll的句柄。

需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就会占用一个fd值。在使用完epoll后,必须调用close函数进行关闭,否则可能导致fd被耗尽。

2、epoll_ctl

#include <sys/epoll.h>

int 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,而是通过epoll_ctl注册要监听的事件类型。

第一个参数epfd:epoll_create函数的返回值。

第二个参数events:表示动作类型。有三个宏来表示:
* 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fd:需要监听的fd。

第四个参数event:告诉内核需要监听什么事件。

struct epoll_event结构如下所示:

// 保存触发事件的某个文件描述符相关的数据
typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
} epoll_data_t;

// 感兴趣的事件和被触发的事件
struct epoll_event {
    __uint32_t events; // Epoll events
    epoll_data_t data; // User data variable
};

如上所示,对于Epoll Events,其可以是以下几个宏的集合:

  • EPOLLIN:表示对应的文件描述符可读(包括对端Socket);
  • EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可写;
  • EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急数据可读(带外数据);
  • 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),这是相对于水平触发(Level Triggered)而言的。
  • 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,需要再次

3、epoll_wait

#include <sys/epoll.h>

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生的事件。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,内核只负责把数据赋值到这个event数组中,不会去帮助我们在用户态分配内存)。maxevents告诉内核这个events数组有多大,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)。如果函数调用成功,则返回对应IO上已准备好的文件描述符数目,如果返回0则表示已经超时。

三、epoll工作模式

1. LT模式(Level Triggered,水平触发)

该模式是epoll的缺省工作模式,其同时支持阻塞和非阻塞socket。内核会告诉开发者一个文件描述符是否就绪,如果开发者不采取任何操作,内核仍会一直通知。

2. ET模式(Edge Triggered,边缘触发)

该模式是一种高速处理模式,当且仅当状态发生变化时才会获得通知。在该模式下,其假定开发者在接收到一次通知后,会完整地处理该事件,因此内核将不再通知这一事件。注意,缓冲区中还有未处理的数据不能说是状态变化,因此,在ET模式下,开发者如果只读取了一部分数据,其将再也得不到通知了。正确的做法是,开发者自己确认读完了所有的字节(一直调用read/write直到出错EAGAGIN为止)。

Nginx默认采用的就是ET(边缘触发)。

四、epoll高效性探讨

epoll的高效性主要体现在以下三个方面:

(1)select/poll每次调用都要传递所要监控的所有fd给select/poll系统调用,这意味着每次调用select/poll时都要将fd列表从用户空间拷贝到内核,当fd数目很多时,这会造成性能低效。对于epoll_wait,每次调用epoll_wait时,其不需要将fd列表传递给内核,epoll_ctl不需要每次都拷贝所有的fd列表,只需要进行增量式操作。因此,在调用epoll_create函数之后,内核已经在内核开始准备数据结构用于存放需要监控的fd了。其后,每次epoll_ctl只是对这个数据结构进行简单的维护操作即可

(2)内核使用slab机制,为epoll提供了快速的数据结构。在内核里,一切都是文件。因此,epoll向内核注册了一个文件系统,用于存储所有被监控的fd。当调用epoll_create时,就会在这个虚拟的epoll文件系统中创建一个file节点。epoll在被内核初始化时,同时会分配出epoll自己的内核告诉cache区,用于存放每个我们希望监控的fd。这些fd会以红黑树的形式保存在内核cache里,以支持快速查找、插入和删除。这个内核高速cache,就是建立连续的物理内存页,然后在之上建立slab层,简单的说,就是物理上分配好想要的size的内存对象,每次使用时都使用空闲的已分配好的对象。

(3)当调用epoll_ctl往epfd注册百万个fd时,epoll_wait仍然能够快速返回,并有效地将发生的事件fd返回给用户。原因在于,当我们调用epoll_create时,内核除了帮我们在epoll文件系统新建file节点,同时在内核cache创建红黑树用于存储以后由epoll_ctl传入的fd外,还会再建立一个list链表,用于存储准备就绪的事件。当调用epoll_wait时,仅仅观察这个list链表中有无数据即可。如果list链表中有数据,则返回这个链表中的所有元素;如果list链表中没有数据,则sleep然后等到timeout超时返回。所以,epoll_wait非常高效,而且,通常情况下,即使我们需要监控百万计的fd,但大多数情况下,一次也只返回少量准备就绪的fd而已。因此,每次调用epoll_wait,其仅需要从内核态复制少量的fd到用户空间而已。那么,这个准备就绪的list链表是怎么维护的呢?过程如下:当我们执行epoll_ctl时,除了把fd放入到epoll文件系统里file对象对应的红黑树之外,还会给内核中断处理程序注册一个回调函数,其告诉内核,如果这个fd的中断到了,就把它放到准备就绪的list链表中。

如此,一棵红黑树、一张准备就绪的fd链表以及少量的内核cache,就帮我们解决了高并发下fd的处理问题。

总结一下:

  • 执行epoll_create时,创建了红黑树和就绪list链表;
  • 执行epoll_ctl时,如果增加fd,则检查在红黑树中是否存在,存在则立即返回,不存在则添加到红黑树中,然后向内核注册回调函数,用于当中断事件到来时向准备就绪的list链表中插入数据。
  • 执行epoll_wait时立即返回准备就绪链表里的数据即可。

五、epoll源码分析

eventpoll_init过程:

static int __init eventpoll_init(void)
{
    int error;

    init_MUTEX(&epsem);

    /* Initialize the structure used to perform safe poll wait head wake ups */
    ep_poll_safewake_init(&psw);

    /* Allocates slab cache used to allocate "struct epitem" items */
    epi_cache = kmem_cache_create("eventpoll_epi", sizeof(struct epitem),
            0, SLAB_HWCACHE_ALIGN|EPI_SLAB_DEBUG|SLAB_PANIC,
            NULL, NULL);

    /* Allocates slab cache used to allocate "struct eppoll_entry" */
    pwq_cache = kmem_cache_create("eventpoll_pwq",
            sizeof(struct eppoll_entry), 0,
            EPI_SLAB_DEBUG|SLAB_PANIC, NULL, NULL);

    /*
     * Register the virtual file system that will be the source of inodes
     * for the eventpoll files
     */
    error = register_filesystem(&eventpoll_fs_type);
    if (error)
        goto epanic;

    /* Mount the above commented virtual file system */
    eventpoll_mnt = kern_mount(&eventpoll_fs_type);
    error = PTR_ERR(eventpoll_mnt);
    if (IS_ERR(eventpoll_mnt))
        goto epanic;

    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: successfully initialized.\n",
            current));
    return 0;

epanic:
    panic("eventpoll_init() failed\n");
}

其中,epoll用slab分配器kmem_cache_create分配内存用于存放struct epitemstruct eppoll_entry

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

/*
* 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;   // 用于主结构管理的红黑树

    /* List header used to link this structure to the eventpoll ready list */
    struct list_head rdllink;  // 事件就绪队列

    /* The file descriptor information this item refers to */
    struct epoll_filefd ffd; // 用于主结构中的链表

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

    /* List containing poll wait queues */
    struct list_head pwqlist; // 双向链表,保存着被监控文件的等待队列

    /* The "container" of this item */
    struct eventpoll *ep;  // 该项属于哪个主结构体

    /* The structure that describe the interested events and the source fd */
    struct epoll_event event; // 注册的感兴趣的时间

    /*
     * Used to keep track of the usage count of the structure. This avoids
     * that the structure will desappear from underneath our processing.
     */
    atomic_t usecnt;

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

    /* List header used to link the item to the transfer list */
    struct list_head txlink;

    /*
     * This is used during the collection/transfer of events to userspace
     * to pin items empty events set.
     */
    unsigned int revents;
};

对于每个epfd,其对应的数据结构为:

/*
* This structure is stored inside the "private_data" member of the file
* structure and rapresent the main data sructure for the eventpoll
* interface.
*/
struct eventpoll {
    /* Protect the this structure access */
    rwlock_t lock;

    /*
     * This semaphore is used to ensure that files are not removed
     * while epoll is using them. This is read-held during the event
     * 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;

    /* 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;  // 准备就绪的事件链表

    /* RB-Tree root used to store monitored fd structs */
    struct rb_root rbr;   // 用于管理所有fd的红黑树(根节点)
};

eventpoll在epoll_create时创建:

/*
* It opens an eventpoll file descriptor by suggesting a storage of "size"
* file descriptors. The size parameter is just an hint about how to size
* data structures. It won't prevent the user to store more than "size"
* file descriptors inside the epoll interface. It is the kernel part of
* the userspace epoll_create(2).
*/
asmlinkage long sys_epoll_create(int size)
{
    int error, fd;
    struct eventpoll *ep;
    struct inode *inode;
    struct file *file;

    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: sys_epoll_create(%d)\n",
             current, size));

    /*
     * Sanity check on the size parameter, and create the internal data
     * structure ( "struct eventpoll" ).
     */
    error = -EINVAL;
    if (size <= 0 || (error = ep_alloc(&ep)) != 0)  // ep_alloc为eventpoll分配内存并初始化
        goto eexit_1;

    /*
     * Creates all the items needed to setup an eventpoll file. That is,
     * a file structure, and inode and a free file descriptor.
     */
    error = ep_getfd(&fd, &inode, &file, ep); // 创建于eventpoll相关的数据结构,包括file、inode和fd等信息
    if (error)
        goto eexit_2;

    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: sys_epoll_create(%d) = %d\n",
             current, size, fd));

    return fd;

eexit_2:
    ep_free(ep);
    kfree(ep);
eexit_1:
    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: sys_epoll_create(%d) = %d\n",
             current, size, error));
    return error;
}

如上,内核中维护了一棵红黑树,大致结构如下:

red_black_tree.png

下面是epoll_ctl函数过程:

/*
* The following function implements the controller interface for
* the eventpoll file that enables the insertion/removal/change of
 * file descriptors inside the interest set.  It represents
* the kernel part of the user space epoll_ctl(2).
*/
asmlinkage long
sys_epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event __user *event)
{
    int error;
    struct file *file, *tfile;
    struct eventpoll *ep;
    struct epitem *epi;
    struct epoll_event epds;

    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: sys_epoll_ctl(%d, %d, %d, %p)\n",
             current, epfd, op, fd, event));

    error = -EFAULT;
    if (ep_op_hash_event(op) &&
        copy_from_user(&epds, event, sizeof(struct epoll_event)))
        goto eexit_1;

    /* Get the "struct file *" for the eventpoll file */
    error = -EBADF;
    file = fget(epfd);  // 获取epfd对应的文件
    if (!file)
        goto eexit_1;

    /* Get the "struct file *" for the target file */
    tfile = fget(fd);  // 获取fd对应的文件
    if (!tfile)
        goto eexit_2;

    /* The target file descriptor must support poll */
    error = -EPERM;
    if (!tfile->f_op || !tfile->f_op->poll)
        goto eexit_3;

    /*
     * We have to check that the file structure underneath the file descriptor
     * the user passed to us _is_ an eventpoll file. And also we do not permit
     * adding an epoll file descriptor inside itself.
     */
    error = -EINVAL;
    if (file == tfile || !is_file_epoll(file))
        goto eexit_3;

    /*
     * At this point it is safe to assume that the "private_data" contains
     * our own data structure.
     */
    ep = file->private_data;

    down_write(&ep->sem);

    /* Try to lookup the file inside our hash table */
    epi = ep_find(ep, tfile, fd);  // 在哈希表中查询,防止重复添加

    error = -EINVAL;
    switch (op) {
    case EPOLL_CTL_ADD:  // 添加节点,调用ep_insert函数
        if (!epi) {
            epds.events |= POLLERR | POLLHUP;

            error = ep_insert(ep, &epds, tfile, fd);
        } else
            error = -EEXIST;
        break;
    case EPOLL_CTL_DEL:  // 删除节点,调用ep_remove函数
        if (epi)
            error = ep_remove(ep, epi);
        else
            error = -ENOENT;
        break;
    case EPOLL_CTL_MOD:  // 修改节点,调用ep_modify函数
        if (epi) {
            epds.events |= POLLERR | POLLHUP;
            error = ep_modify(ep, epi, &epds);
        } else
            error = -ENOENT;
        break;
    }

    /*
     * The function ep_find() increments the usage count of the structure
     * so, if this is not NULL, we need to release it.
     */
    if (epi)
        ep_release_epitem(epi);

    up_write(&ep->sem);

eexit_3:
    fput(tfile);
eexit_2:
    fput(file);
eexit_1:
    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: sys_epoll_ctl(%d, %d, %d, %p) = %d\n",
             current, epfd, op, fd, event, error));

    return error;
}

对于ep_insert函数,基本代码如下:

static int ep_insert(struct eventpoll *ep, struct epoll_event *event,
             struct file *tfile, int fd)
{
    int error, revents, pwake = 0;
    unsigned long flags;
    struct epitem *epi;
    struct ep_pqueue epq;

    error = -ENOMEM;
    // 分配一个epitem结构体来保存每个加入的fd
    if (!(epi = kmem_cache_alloc(epi_cache, SLAB_KERNEL)))
        goto eexit_1;

    /* Item initialization follow here ... */
    // 初始化结构体
    ep_rb_initnode(&epi->rbn);
    INIT_LIST_HEAD(&epi->rdllink);
    INIT_LIST_HEAD(&epi->fllink);
    INIT_LIST_HEAD(&epi->txlink);
    INIT_LIST_HEAD(&epi->pwqlist);
    epi->ep = ep;
    ep_set_ffd(&epi->ffd, tfile, fd);
    epi->event = *event;
    atomic_set(&epi->usecnt, 1);
    epi->nwait = 0;

    /* Initialize the poll table using the queue callback */
    epq.epi = epi;
    // 安装poll回调函数
    init_poll_funcptr(&epq.pt, ep_ptable_queue_proc);

    /*
     * Attach the item to the poll hooks and get current event bits.
     * We can safely use the file* here because its usage count has
     * been increased by the caller of this function.
     */
    // 将当前item添加至poll hook中,然后获取当前event位
    revents = tfile->f_op->poll(tfile, &epq.pt);

    /*
     * We have to check if something went wrong during the poll wait queue
     * install process. Namely an allocation for a wait queue failed due
     * high memory pressure.
     */
    if (epi->nwait < 0)
        goto eexit_2;

    /* Add the current item to the list of active epoll hook for this file */
    spin_lock(&tfile->f_ep_lock);
    list_add_tail(&epi->fllink, &tfile->f_ep_links);
    spin_unlock(&tfile->f_ep_lock);

    /* We have to drop the new item inside our item list to keep track of it */
    write_lock_irqsave(&ep->lock, flags);

    /* Add the current item to the rb-tree */
    ep_rbtree_insert(ep, epi);

    /* If the file is already "ready" we drop it inside the ready list */
    if ((revents & event->events) && !ep_is_linked(&epi->rdllink)) {
        list_add_tail(&epi->rdllink, &ep->rdllist);

        /* Notify waiting tasks that events are available */
        if (waitqueue_active(&ep->wq))
            wake_up(&ep->wq);
        if (waitqueue_active(&ep->poll_wait))
            pwake++;
    }

    write_unlock_irqrestore(&ep->lock, flags);

    /* We have to call this outside the lock */
    if (pwake)
        ep_poll_safewake(&psw, &ep->poll_wait);

    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: ep_insert(%p, %p, %d)\n",
             current, ep, tfile, fd));

    return 0;

eexit_2:
    ep_unregister_pollwait(ep, epi);

    /*
     * We need to do this because an event could have been arrived on some
     * allocated wait queue.
     */
    write_lock_irqsave(&ep->lock, flags);
    if (ep_is_linked(&epi->rdllink))
        ep_list_del(&epi->rdllink);
    write_unlock_irqrestore(&ep->lock, flags);

    kmem_cache_free(epi_cache, epi);
eexit_1:
    return error;
}

其中,init_poll_funcptrtfile->f_op->poll将ep_ptable_queue_proc注册到epq.pt中的qproc中。

ep_ptable_queue_proc函数设置了等待队列的ep_poll_callback回调函数。在设备硬件数据到来时,硬件中断函数唤醒该等待队列上等待的进程时,会调用唤醒函数ep_poll_callback。

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的实现如下:

/*
* Implement the event wait interface for the eventpoll file. It is the kernel
* part of the user space epoll_wait(2).
*/
asmlinkage long sys_epoll_wait(int epfd, struct epoll_event __user *events,
                   int maxevents, int timeout)
{
    int error;
    struct file *file;
    struct eventpoll *ep;

    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: sys_epoll_wait(%d, %p, %d, %d)\n",
             current, epfd, events, maxevents, timeout));

    /* The maximum number of event must be greater than zero */
    if (maxevents <= 0 || maxevents > MAX_EVENTS) // 检查maxevents参数
        return -EINVAL;

    /* Verify that the area passed by the user is writeable */
    // 检查用户空间传入的events指向的内存是否可写
    if (!access_ok(VERIFY_WRITE, events, maxevents * sizeof(struct epoll_event))) {
        error = -EFAULT;
        goto eexit_1;
    }

    /* Get the "struct file *" for the eventpoll file */
    error = -EBADF;
    file = fget(epfd); // 获取epfd对应的eventpoll文件的file实例,file结构是在epoll_create中创建的
    if (!file)
        goto eexit_1;

    /*
     * We have to check that the file structure underneath the fd
     * the user passed to us _is_ an eventpoll file.
     */
    error = -EINVAL;
    if (!is_file_epoll(file))
        goto eexit_2;

    /*
     * At this point it is safe to assume that the "private_data" contains
     * our own data structure.
     */
    ep = file->private_data;

    /* Time to fish for events ... */
    // 核心处理函数
    error = ep_poll(ep, events, maxevents, timeout);

eexit_2:
    fput(file);
eexit_1:
    DNPRINTK(3, (KERN_INFO "[%p] eventpoll: sys_epoll_wait(%d, %p, %d, %d) = %d\n",
             current, epfd, events, maxevents, timeout, error));

    return error;
}

其中,调用ep_poll函数,具体流程如下:

static int ep_poll(struct eventpoll *ep, struct epoll_event __user *events,
           int maxevents, long timeout)
{
    int res, eavail;
    unsigned long flags;
    long jtimeout;
    wait_queue_t wait;

    /*
     * Calculate the timeout by checking for the "infinite" value ( -1 )
     * and the overflow condition. The passed timeout is in milliseconds,
     * that why (t * HZ) / 1000.
     */
    jtimeout = (timeout < 0 || timeout >= EP_MAX_MSTIMEO) ?
        MAX_SCHEDULE_TIMEOUT : (timeout * HZ + 999) / 1000;

retry:
    write_lock_irqsave(&ep->lock, flags);

    res = 0;
    if (list_empty(&ep->rdllist)) {
        /*
         * We don't have any available event to return to the caller.
         * We need to sleep here, and we will be wake up by
         * ep_poll_callback() when events will become available.
         */
        init_waitqueue_entry(&wait, current);
        add_wait_queue(&ep->wq, &wait);

        for (;;) {
            /*
             * We don't want to sleep if the ep_poll_callback() sends us
             * a wakeup in between. That's why we set the task state
             * to TASK_INTERRUPTIBLE before doing the checks.
             */
            set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
            if (!list_empty(&ep->rdllist) || !jtimeout)
                break;
            if (signal_pending(current)) {
                res = -EINTR;
                break;
            }

            write_unlock_irqrestore(&ep->lock, flags);
            jtimeout = schedule_timeout(jtimeout);
            write_lock_irqsave(&ep->lock, flags);
        }
        remove_wait_queue(&ep->wq, &wait);

        set_current_state(TASK_RUNNING);
    }

    /* Is it worth to try to dig for events ? */
    eavail = !list_empty(&ep->rdllist);

    write_unlock_irqrestore(&ep->lock, flags);

    /*
     * Try to transfer events to user space. In case we get 0 events and
     * there's still timeout left over, we go trying again in search of
     * more luck.
     */
    if (!res && eavail &&
        !(res = ep_events_transfer(ep, events, maxevents)) && jtimeout)
        goto retry;

    return res;
}

ep_send_events函数用于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。

六、参考

Epoll详解及源码分析——CSDN博客

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