Linux内核poll与epoll效率探析

"Linux内核poll源码剖析" 在Linux操作系统中，`poll`和`epoll`是用于I/O多路复用的重要机制，尤其在处理大量文件描述符（FDs）时，它们能有效提高程序的性能。本文将深入探讨`poll`的内核源码，以理解其工作原理和效率上的差异。 `poll`系统调用的声明如下： ```c int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); ``` 在内核2.6.9版本中，`poll`的实现位于`fs/select.c`中的`sys_poll`函数。这个函数首先会进行一些基本的参数检查，例如确保`nfds`不超过最大文件描述符数。如果`timeout`不为零，还会对超时时间进行适当转换，以适应内核调度的单位。 关键部分在于`poll_initwait`函数，它用于初始化`poll_wqueues`结构。这个结构在整个`poll`过程中起着核心作用，它用于管理文件描述符的等待队列。`poll_table`结构包含一个函数指针，该指针指向特定文件系统或驱动的回调函数，这些函数负责告知内核哪些文件描述符已经准备好进行读写操作。 在`poll`系统调用的后续步骤中，内核会遍历每个文件描述符，并通过`poll_table`的回调函数来注册它们到相应的等待队列。然后，内核进入休眠状态，等待某个描述符变为可读、可写或有错误时被唤醒。这个过程涉及到内核的中断处理和调度机制。 相比`poll`，`epoll`提供了更高效的I/O多路复用方式。`epoll`使用`epoll_create`、`epoll_ctl`和`epoll_wait`等系统调用来创建、管理和等待事件。它使用“事件驱动”的模型，利用内核中的红黑树数据结构存储文件描述符，当文件描述符的状态变化时，无需遍历所有描述符，而是直接更新相关节点，这大大减少了系统调用的开销，特别是在大量描述符的情况下。 `epoll`的另一个优点是它可以实现“边缘触发”（ET）模式，即只有在描述符状态发生改变时才返回，这进一步提高了效率，避免了不必要的轮询。而`poll`默认使用的是“水平触发”（LT）模式，即使描述符已准备好但未被处理，每次`poll`都会返回该描述符。 总结来说，通过对`poll`源码的分析，我们可以理解其工作流程，包括参数检查、等待队列的建立和文件描述符的监控。而`epoll`则通过优化这些过程，实现了更高的性能，尤其是在处理大量文件描述符时。了解这些机制对于编写高效、可扩展的服务器端应用程序至关重要。