2.1.8 epoll的实现原理

一、epoll使用背景

1.1 epoll能做什么？

答：epoll可以通过单线程模式实现用户态的协议栈。

1.2 为什么要实现用户态的协议栈？内核协议栈很稳定，不是用的挺好的吗？

答：每一帧数据从网卡接收完，到达应用程序需要2次的数据迁移，第一次是从网卡copy协议栈，第二次是从协议栈copy到应用程序。如果把协议栈做到用户空间(范围包括原本的协议栈部分和应用程序部分)，这样数据只需要从网卡copy到用户空间就可以了，可以减少一次copy的耗时，减少内核协议栈调用recv()send()的等函数的切换，因此用户态的协议栈实现高性能网络，比如C10M的实现（C10M 是 "Concurrency 10 Million"（并发 1000 万）的缩写，通常用来描述一个系统或应用程序的并发连接能力。通过户态的协议栈）。

1.3 epoll不也是属于内核吗？

答：epoll 确实是内核提供的接口，用来高效地监听和管理大量并发连接的 I/O 操作，但它只是帮助用户程序管理 I/O 事件通知，而真正的网络协议栈逻辑（如 TCP/IP 堆栈处理）仍然是在内核中。如果协议栈在用户态，那么 epoll 配合用户态协议栈，能在完全用户态环境下处理数据传输，从而避免了内核的切换和大量不必要的系统调用。

1.4 自定义构建epoll类的函数，需要对epoll原理了解后才能方便构建。

二、epoll数据结构

2.1 构成epoll的2个结构体？

答： eventpoll和epiem，分别由epoll_create()和epoll_ctl(EPOLL_CTL_ADD)创建。

2.2 epoll数据结构和数据的插入和删除？

答：eventpoll中 List 用来存储准备就绪的IO （fd），红黑树 用来存储所有io 的数据 (事件)，方便快速通io_fd 查找。

何时将数据插入到list 中？何时从list里删除？调用 epoll_wait 后，内核将 list 中的 epitem 拷贝到用户传入的 events 参数，并清空 list。

rbtree 何时添加：当App 执行epoll_ctl EPOLL_CTL_ADD 操作，将epitem 添加到rbtree中。何时删除呢？当App 执行epoll_ctl EPOLL_CTL_DEL 操作，将epitem 添加到rbtree 中

总的顺序来说：

• 调用 epoll_ctl 注册。
• 等待事件就绪。
• 内核触发 epoll_event_callback。
• 用户调用 epoll_wait 处理事件。

2.3 一次只能设置一个监听事件？

答：一个调用只能操作一个文件描述符，不能对多个 fd 同时执行（需循环处理）。但对一个 fd，可以一次设置多个事件，通过事件掩码完成。