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手写 DPDK 协议栈（十二）：TCP 并发与自实现 epoll 的就绪事件分发

标签：DPDKTCPepoll并发红黑树

tcp_multi/在 TCP socket 基础上实现nepoll_create、nepoll_ctl与nepoll_wait。它展示了 epoll 的本质：注册表记录“关心什么”，就绪队列记录“现在有什么可处理”，等待者只从就绪队列取事件。

1. 结构：注册表和就绪表不能混在一起

epoll instance ├─ 红黑树 rbr：sockfd -> epitem，支持 ctl ADD/MOD/DEL ├─ 就绪链表 rdlist：仅保存已发生事件的 epitem └─ cond + mutex：没有事件时阻塞/唤醒 nepoll_wait

课程eventpoll使用红黑树查找注册项，使用链表维护 ready list，并分别对树与就绪表设置同步机制。这样不会在每次wait时扫描全部 fd。

structeventpoll{ep_rb_tree rbr;intrbcnt;LIST_HEAD(,epitem)rdlist;intrdnum;pthread_mutex_tmtx;pthread_spinlock_tlock;pthread_cond_tcond;};

2. 从 TCP 数据到 EPOLLIN

TCP 协议线程收到 PSH 数据后，将tcp_offload_t放入连接的inring；socket 层再调用事件回调，将对应epitem放入 ready list 并唤醒等待线程。

NIC RX -> TCP ESTABLISHED -> socket.in ring -> nepoll_event_callback(ep, sockfd, EPOLLIN) -> rdlist -> nepoll_wait 返回 -> nrecv 读取 socket.in

EPOLLOUT通常在 socket 可继续发送时产生；EPOLLERR、EPOLLHUP和EPOLLRDHUP则要在 FIN、RST、队列错误等状态转移中明确生成，不能凭空假定。

3. 使用方式

intepfd=nepoll_create(1024);structepoll_eventev={.events=EPOLLIN,.data.fd=connfd};nepoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);structepoll_eventevents[128];intn=nepoll_wait(epfd,events,128,-1);for(inti=0;i<n;i++){if(events[i].events&EPOLLIN)nrecv(events[i].data.fd,buf,sizeof(buf),0);}

教学接口前缀为n，用于与 Linux 系统调用区分。应用层永远应在读取前检查返回值，处理短读、关闭与错误。

4. 并发语义的三个难点

1. 只入 ready list 一次：同一个 fd 已就绪时再次到包，不能无限重复插入；epitem.rdy是这一去重状态。
2. 事件和数据的顺序：先把数据安全入 socket ring，再发布 EPOLLIN；否则wait返回后可能读到空队列。
3. 删除与回收：EPOLL_CTL_DEL、socket close、协议线程回调可能并发，必须先从注册树和 ready list 摘除，再释放对象。

小结

DPDK 负责高性能报文收发，TCP 状态机把包转为 socket 数据，epoll 再把 socket 数据转为应用可等待的事件。三层之间通过明确的队列和所有权衔接，才能在并发连接下既快又可维护。

学习链接: https://github.com/0voice