Epoll是Linux系统中高效的I/O多路复用机制，广泛应用于高并发服务器（如Nginx、Redis）。其核心原理在于事件驱动模型和高效数据结构设计，解决了传统select/poll的性能瓶颈。以下从数据结构、工作流程、触发模式等维度展开分析：

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一、Epoll的核心组件与函数

Epoll通过三个关键系统调用实现事件管理：

1. epoll_create
   创建eventpoll内核对象，包含红黑树（存储所有监听的fd）和就绪链表（存储活跃事件）。该对象通过文件描述符（epfd）返回给用户[3][6] 。

2. epoll_ctl
   管理红黑树中的fd，支持添加（EPOLL_CTL_ADD）、修改（EPOLL_CTL_MOD）、删除（EPOLL_CTL_DEL）事件。每个socket与回调函数ep_poll_callback绑定，当事件发生时，内核将事件插入就绪链表[3][6] 。

3. epoll_wait
   检查就绪链表，若有事件则直接返回给用户态，时间复杂度为O(1)。若链表为空，则阻塞等待超时或新事件[3][5] 。

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二、Epoll的高效数据结构

1. 红黑树（rbr）
   用于存储所有监听的socket fd，确保插入、删除、查找的时间复杂度为O(logN)，适用于海量连接[3][6] 。

2. 就绪链表（rdlist）
   双向链表存储活跃事件，内核通过回调函数将事件加入链表，epoll_wait只需遍历此链表，避免全量扫描[3][5] 。

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三、事件触发与回调机制

1. 回调函数（ep_poll_callback）
   当socket发生数据到达、连接关闭等事件时，内核触发回调，将对应事件添加到就绪链表。此过程通过中断机制实现：网卡接收数据后通过DMA写入内存，并向CPU发送中断信号，操作系统调用中断处理程序唤醒等待进程[1][2] 。

2. 进程阻塞与唤醒

   • 调用recv时，进程从运行态转为阻塞态，被移入socket的等待队列。
   • 数据到达后，内核将进程重新加入工作队列，等待CPU调度[1][2] 。

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四、触发模式：LT vs ET

1. 水平触发（LT，默认）
   • 只要socket缓冲区有未读数据，epoll_wait会持续通知。
   • 编程更简单，但可能重复触发，适合对实时性要求不高的场景[3][4] 。
2. 边缘触发（ET）
   • 仅在socket状态变化时通知一次（如从无数据到有数据）。
   • 需配合非阻塞IO循环读取直到EAGAIN，否则可能丢失后续事件。
   • 减少无效事件通知，适合高并发场景[3][9] 。

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五、性能优势总结

1. 无需遍历全部fd
   仅处理就绪链表中的事件，时间复杂度为O(1)，而select/poll为O(n)[4][5] 。

2. 减少内存拷贝
   通过mmap共享内核与用户空间内存，避免select/poll的多次数据拷贝[5] 。

3. 支持海量连接
   红黑树结构使Epoll可管理数十万级socket，适用于现代高并发服务器[3][6] 。

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六、典型应用场景

• Web服务器：Nginx通过Epoll实现高并发连接处理。
• 实时通信：Redis使用Epoll处理客户端请求。
• 游戏服务器：管理大量玩家连接的异步事件[1][2] 。

通过上述设计，Epoll在Linux系统中成为高性能网络编程的核心技术，有效解决了C10K甚至C1000K问题。