epoll原理是如何實現的？

其實在理解 epoll 之前，得先理解一個事情，那就是進程阻塞切換的 CPU 開銷。在高并發的網絡 IO 下，性能的最大絆腳石就是 socket 在阻塞后導致的進程上下文切換。關于這個，我進行過實際的測試。大約一次進程上下文切換的開銷是 3-5 微秒左右。

可能有的同學會說，3 - 5 微秒的開銷看起來還好啊。但是你要知道的是，從我們開發工程師的角度來看，這段時間里 CPU 吭哧吭哧的執行的切換工作對我們來說其實是無用功。

所以 epoll 作為多路復用技術中的代表，和傳統的阻塞網絡 IO 相比，最大的性能提升就是節約掉了大量的進程上下文切換。 epoll 內部又涉及出了一套復雜的數據結構，包括一棵紅黑樹和一個就緒鏈表（以及一個epollwait等待隊列）。全部都工作在內核態。通過紅黑樹，高效地管理海量的連接。在數據到來的時候，不斷地將數據 Ready 的socket 放到就緒鏈表中。

這樣應用層和內核態協作的時候就非常的容易了，最少只需要一個進程就可以維護成千上萬甚至是百萬級別的連接。這個進程的簡單地去就緒隊列中查看有沒有 Ready，需要被處理的 socket。有就拿走處理。只要活兒足夠的多，epoll_wait 根本都不會讓進程阻塞。用戶進程會一直干活，一直干活，直到 epoll_wait 里實在沒活兒可干的時候才主動讓出 CPU。大量地減少了進程切換次數，這就是 epoll 高效的地方所在！

這是 epoll 工作原理的一張匯總圖，供你參考。

最后再說說 epoll 中的紅黑樹，有的人誤以為 epoll 高效的全部因為這棵紅黑樹，這就有點夸大紅黑樹的作用了。其實紅黑樹的作用是僅僅是在管理大量連接的情況下，添加和刪除 socket 非常的高效。如果 epoll 管理的 socket 固定的話，在數據收發的事件管理過程中其實紅黑樹是沒有起作用的。內核在socket上收到數據包以后，可以直接找到 epitem(epoll item)，并把它插入到就緒隊列里，然后等用戶進程把事件取走。這個過程中，紅黑樹的作用并不會得到體現。