epoll源码分析(一)

当系统启动时，epoll进行初始化:

static int __init eventpoll_init(void)
{
    mutex_init(&pmutex);
    ep_poll_safewake_init(&psw);
    epi_cache = kmem_cache_create(“eventpoll_epi”,sizeof(struct epitem),
            0,SLAB_HWCACHE_ALIGN|EPI_SLAB_DEBUG|
            SLAB_PANIC,NULL);
    pwq_cache = kmem_cache_create(“eventpoll_pwq”,sizeof(struct
             eppoll_entry),0,EPI_SLAB_DEBUG|SLAB_PANIC,NULL);

    return 0;
}

上面的代码实现一些数据结构的初始化,通过fs/eventpoll.c中的注释可以看出,有三种类型的锁机制使用场景:

1.epmutex(mutex):用户关闭文件描述符，但是没有调用EPOLL_CTL_DEL

2.ep->mtx(mutex):用户态与内核态的转换可能会睡眠

3.ep->lock(spinlock):内核态与具体设备中断过程中的转换,poll回调

接下来就是使用slab分配器动态分配内存，第一个结构为当系统中添加一个fd时，就创建一epitem结构体,内核管理的基本数据结构:

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;//每个fd生成的一个结构
    int nwait;//
    struct list_head pwqlist;//poll等待队列
    struct eventpoll *ep;//该项属于哪个主结构体
    struct list_head fllink;//链接fd对应的file链表
    struct  epoll_event event;//注册的感兴趣的事件,也就是用户空间的epoll_event
    }

而每个epoll fd对应的主要数据结构为:

struct eventpoll {
    spin_lock_t lock;//对本数据结构的访问
    struct mutex mtx;//防止使用时被删除
    wait_queue_head_t wq;//sys_epoll_wait() 使用的等待队列
    wait_queue_head_t poll_wait;//file->poll()使用的等待队列
    struct list_head rdllist;//事件满足条件的链表
    struct rb_root rbr;//用于管理所有fd的红黑树
    struct epitem *ovflist;//将事件到达的fd进行链接起来发送至用户空间
}

该结构主要在epoll_create时进行创建:

//原来使用的是hash表，所以有size,现在改为红黑树，故不使用.
long sys_epoll_create(int size)
{
    int error,fd = -1;
    struct eventpoll *ep;
    struct inode *inode;
    struct file *file;

    ….
    error = -EINVAL;
    //分配空间
    if(size <= 0 || (error = ep_alloc(&ep)!=0))
        goto errror_return;
    //创建一个struct file结构，由于没有任何文件系统，为匿名文件,
        并将主结构体放入file->private项中进行保存
    error = anon_inode_getfd(&fd,&inode,&file,”[eventpoll]”,
            &eventpoll_fops,ep);
    if(error)
        goto error_free;
    return fd;
    ...
}

上面注册的操作eventpoll_fops定义如下：

static const struct file_operations eventpoll_fops = {
    .release     =     ep_eventpoll_release;
    .poll        =    ep_eventpoll_poll,
}

这样说来，内核中维护了一棵红黑树，大致的结构如下：