select模型linux实现代码

本文以完整的源码的方式介绍如何在Linux 2.6.25中实现select系统调用。

TAG: select模型  

Linux 2.6.25中的select系统调用
主要有4个函数:
sys_select：处理时间参数，调用core_sys_select。
core_sys_select：处理三个fd_set参数，调用do_select。
do_select：做select/poll的工作。在合适的时机把自己挂起等待，调用sock_poll。
sock_poll：用函数指针分派到具体的协议层函数tcp_poll、udp_poll、datagram_poll。
层层分工明确，我也要多学习这种方式啊。

   
   
   
   

    
    
    
    
/*  
    
    
    
    
sys_select(fs/select.c)  
    
    
    
    
处理了超时值（如果有）,将struct timeval转换成了时钟周期数,调用core_sys_select,然后检查剩余时间,处理时间  
    
    
    
    
*/ 
    
    
    
    
asmlinkage long sys_select(int n, fd_set __user *inp, fd_set __user *outp,  
    
    
    
    
         fd_set __user *exp, struct timeval __user *tvp)  
    
    
    
    
{  
    
    
    
    
 s64 timeout = -1;  
    
    
    
    
 struct timeval tv;  
    
    
    
    
 int ret;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 if (tvp) {/*如果有超时值*/ 
    
    
    
    
  if (copy_from_user(&tv, tvp, sizeof(tv)))  
    
    
    
    
   return -EFAULT;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
  if (tv.tv_sec < 0 || tv.tv_usec < 0)/*时间无效*/ 
    
    
    
    
   return -EINVAL;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
  /* Cast to u64 to make GCC stop complaining */ 
    
    
    
    
  if ((u64)tv.tv_sec >= (u64)MAX_INT64_SECONDS)  
    
    
    
    
   timeout = -1; /* 无限等待*/ 
    
    
    
    
  else {  
    
    
    
    
   timeout = DIV_ROUND_UP(tv.tv_usec, USEC_PER_SEC/HZ);  
    
    
    
    
   timeout += tv.tv_sec * HZ;/*计算出超时的相对时间,单位为时钟周期数*/ 
    
    
    
    
  }  
    
    
    
    
 }  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*主要工作都在core_sys_select中做了*/ 
    
    
    
    
 ret = core_sys_select(n, inp, outp, exp, &timeout);  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 if (tvp) {/*如果有超时值*/ 
    
    
    
    
  struct timeval rtv;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
  if (current->personality & STICKY_TIMEOUTS)/*模拟bug的一个机制,不详细描述*/ 
    
    
    
    
   goto sticky;  
    
    
    
    
  /*rtv中是剩余的时间*/ 
    
    
    
    
  rtv.tv_usec = jiffies_to_usecs(do_div((*(u64*)&timeout), HZ));  
    
    
    
    
  rtv.tv_sec = timeout;  
    
    
    
    
  if (timeval_compare(&rtv, &tv) >= 0)/*如果core_sys_select超时返回,更新时间*/ 
    
    
    
    
   rtv = tv;  
    
    
    
    
  /*拷贝更新后的时间到用户空间*/ 
    
    
    
    
  if (copy_to_user(tvp, &rtv, sizeof(rtv))) {  
    
    
    
    
sticky:  
    
    
    
    
   /*  
    
    
    
    
   * If an application puts its timeval in read-only  
    
    
    
    
   * memory, we don't want the Linux-specific update to  
    
    
    
    
   * the timeval to cause a fault after the select has  
    
    
    
    
   * completed successfully. However, because we're not  
    
    
    
    
   * updating the timeval, we can't restart the system  
    
    
    
    
   * call.  
    
    
    
    
   */ 
    
    
    
    
   if (ret == -ERESTARTNOHAND)/*ERESTARTNOHAND表明,被中断的系统调用*/ 
    
    
    
    
    ret = -EINTR;  
    
    
    
    
  }  
    
    
    
    
 }  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 return ret;  
    
    
    
    
}  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
/*core_sys_select  
    
    
    
    
为do_select准备好了位图,然后调用do_select,将返回的结果集,返回到用户空间  
    
    
    
    
*/ 
    
    
    
    
static int core_sys_select(int n, fd_set __user *inp, fd_set __user *outp,  
    
    
    
    
         fd_set __user *exp, s64 *timeout)  
    
    
    
    
{  
    
    
    
    
 fd_set_bits fds;  
    
    
    
    
 void *bits;  
    
    
    
    
 int ret, max_fds;  
    
    
    
    
 unsigned int size;  
    
    
    
    
 struct fdtable *fdt;  
    
    
    
    
 /* Allocate small arguments on the stack to save memory and be faster */ 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*SELECT_STACK_ALLOC 定义为256*/ 
    
    
    
    
 long stack_fds[SELECT_STACK_ALLOC/sizeof(long)];  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 ret = -EINVAL;  
    
    
    
    
 if (n < 0)  
    
    
    
    
  goto out_nofds;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /* max_fds can increase, so grab it once to avoid race */ 
    
    
    
    
 rcu_read_lock();  
    
    
    
    
 fdt = files_fdtable(current->files);/*获取当前进程的文件描述符表*/ 
    
    
    
    
 max_fds = fdt->max_fds;  
    
    
    
    
 rcu_read_unlock();  
    
    
    
    
 if (n > max_fds)/*修正用户传入的第一个参数：fd_set中文件描述符的最大值*/ 
    
    
    
    
  n = max_fds;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*  
    
    
    
    
 * We need 6 bitmaps (in/out/ex for both incoming and outgoing),  
    
    
    
    
 * since we used fdset we need to allocate memory in units of  
    
    
    
    
 * long-words.   
    
    
    
    
 */ 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*  
    
    
    
    
 如果stack_fds数组的大小不能容纳下所有的fd_set,就用kmalloc重新分配一个大数组。  
    
    
    
    
 然后将位图平均分成份,并初始化fds结构  
    
    
    
    
 */ 
    
    
    
    
 size = FDS_BYTES(n);  
    
    
    
    
 bits = stack_fds;  
    
    
    
    
 if (size > sizeof(stack_fds) / 6) {  
    
    
    
    
  /* Not enough space in on-stack array; must use kmalloc */ 
    
    
    
    
  ret = -ENOMEM;  
    
    
    
    
  bits = kmalloc(6 * size, GFP_KERNEL);  
    
    
    
    
  if (!bits)  
    
    
    
    
   goto out_nofds;  
    
    
    
    
 }  
    
    
    
    
 fds.in      = bits;  
    
    
    
    
 fds.out     = bits +   size;  
    
    
    
    
 fds.ex      = bits + 2*size;  
    
    
    
    
 fds.res_in  = bits + 3*size;  
    
    
    
    
 fds.res_out = bits + 4*size;  
    
    
    
    
 fds.res_ex  = bits + 5*size;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*get_fd_set仅仅调用copy_from_user从用户空间拷贝了fd_set*/ 
    
    
    
    
 if ((ret = get_fd_set(n, inp, fds.in)) ||  
    
    
    
    
  (ret = get_fd_set(n, outp, fds.out)) ||  
    
    
    
    
  (ret = get_fd_set(n, exp, fds.ex)))  
    
    
    
    
  goto out;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 zero_fd_set(n, fds.res_in);  
    
    
    
    
 zero_fd_set(n, fds.res_out);  
    
    
    
    
 zero_fd_set(n, fds.res_ex);  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*  
    
    
    
    
 接力棒传给了do_select  
    
    
    
    
 */ 
    
    
    
    
 ret = do_select(n, &fds, timeout);  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 if (ret < 0)  
    
    
    
    
  goto out;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*do_select返回,是一种异常状态*/ 
    
    
    
    
 if (!ret) {  
    
    
    
    
  /*记得上面的sys_select不？将ERESTARTNOHAND转换成了EINTR并返回。EINTR表明系统调用被中断*/ 
    
    
    
    
  ret = -ERESTARTNOHAND;  
    
    
    
    
  if (signal_pending(current))/*当当前进程有信号要处理时,signal_pending返回真,这符合了EINTR的语义*/ 
    
    
    
    
   goto out;  
    
    
    
    
  ret = 0;  
    
    
    
    
 }  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*把结果集,拷贝回用户空间*/ 
    
    
    
    
 if (set_fd_set(n, inp, fds.res_in) ||  
    
    
    
    
  set_fd_set(n, outp, fds.res_out) ||  
    
    
    
    
  set_fd_set(n, exp, fds.res_ex))  
    
    
    
    
  ret = -EFAULT;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
out:  
    
    
    
    
 if (bits != stack_fds)  
    
    
    
    
  kfree(bits);/*对应上面的kmalloc*/ 
    
    
    
    
out_nofds:  
    
    
    
    
 return ret;  
    
    
    
    
}  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
/*do_select  
    
    
    
    
真正的select在此,遍历了所有的fd,调用对应的xxx_poll函数  
    
    
    
    
*/ 
    
    
    
    
int do_select(int n, fd_set_bits *fds, s64 *timeout)  
    
    
    
    
{  
    
    
    
    
 struct poll_wqueues table;  
    
    
    
    
 poll_table *wait;  
    
    
    
    
 int retval, i;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 rcu_read_lock();  
    
    
    
    
 /*根据已经打开fd的位图检查用户打开的fd, 要求对应fd必须打开, 并且返回最大的fd*/ 
    
    
    
    
 retval = max_select_fd(n, fds);  
    
    
    
    
 rcu_read_unlock();  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 if (retval < 0)  
    
    
    
    
  return retval;  
    
    
    
    
 n = retval;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*将当前进程放入自已的等待队列table, 并将该等待队列加入到该测试表wait*/ 
    
    
    
    
 poll_initwait(&table);  
    
    
    
    
 wait = &table.pt;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 if (!*timeout)  
    
    
    
    
  wait = NULL;  
    
    
    
    
 retval = 0;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 for (;;) {/*死循环*/ 
    
    
    
    
  unsigned long *rinp, *routp, *rexp, *inp, *outp, *exp;  
    
    
    
    
  long __timeout;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
  /*注意:可中断的睡眠状态*/ 
    
    
    
    
  set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
  inp = fds->in; outp = fds->out; exp = fds->ex;  
    
    
    
    
  rinp = fds->res_in; routp = fds->res_out; rexp = fds->res_ex;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
  for (i = 0; i < n; ++rinp, ++routp, ++rexp) {/*遍历所有fd*/ 
    
    
    
    
   unsigned long in, out, ex, all_bits, bit = 1, mask, j;  
    
    
    
    
   unsigned long res_in = 0, res_out = 0, res_ex = 0;  
    
    
    
    
   const struct file_operations *f_op = NULL;  
    
    
    
    
   struct file *file = NULL;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
   in = *inp++; out = *outp++; ex = *exp++;  
    
    
    
    
   all_bits = in | out | ex;  
    
    
    
    
   if (all_bits == 0) {  
    
    
    
    
    /*  
    
    
    
    
    __NFDBITS定义为(8 * sizeof(unsigned long)),即long的位数。  
    
    
    
    
    因为一个long代表了__NFDBITS位，所以跳到下一个位图i要增加__NFDBITS  
    
    
    
    
    */ 
    
    
    
    
    i += __NFDBITS;  
    
    
    
    
    continue;  
    
    
    
    
   }  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
   for (j = 0; j < __NFDBITS; ++j, ++i, bit <<= 1) {  
    
    
    
    
    int fput_needed;  
    
    
    
    
    if (i >= n)  
    
    
    
    
     break;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
    /*测试每一位*/ 
    
    
    
    
    if (!(bit & all_bits))  
    
    
    
    
     continue;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
    /*得到file结构指针，并增加引用计数字段f_count*/ 
    
    
    
    
    file = fget_light(i, &fput_needed);  
    
    
    
    
    if (file) {  
    
    
    
    
     f_op = file->f_op;  
    
    
    
    
     mask = DEFAULT_POLLMASK;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
     /*对于socket描述符,f_op->poll对应的函数是sock_poll  
    
    
    
    
     注意第三个参数是等待队列，在poll成功后会将本进程唤醒执行*/ 
    
    
    
    
     if (f_op && f_op->poll)  
    
    
    
    
      mask = (*f_op->poll)(file, retval ? NULL : wait);  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
     /*释放file结构指针，实际就是减小他的一个引用计数字段f_count*/ 
    
    
    
    
     fput_light(file, fput_needed);  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
     /*根据poll的结果设置状态,要返回select出来的fd数目，所以retval++。  
    
    
    
    
     注意：retval是in out ex三个集合的总和*/ 
    
    
    
    
     if ((mask & POLLIN_SET) && (in & bit)) {  
    
    
    
    
      res_in |= bit;  
    
    
    
    
      retval++;  
    
    
    
    
     }  
    
    
    
    
     if ((mask & POLLOUT_SET) && (out & bit)) {  
    
    
    
    
      res_out |= bit;  
    
    
    
    
      retval++;  
    
    
    
    
     }  
    
    
    
    
     if ((mask & POLLEX_SET) && (ex & bit)) {  
    
    
    
    
      res_ex |= bit;  
    
    
    
    
      retval++;  
    
    
    
    
     }  
    
    
    
    
    }  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
    /*  
    
    
    
    
    注意前面的set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);  
    
    
    
    
    因为已经进入TASK_INTERRUPTIBLE状态,所以cond_resched回调度其他进程来运行，  
    
    
    
    
    这里的目的纯粹是为了增加一个抢占点。被抢占后，由等待队列机制唤醒。  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
    在支持抢占式调度的内核中（定义了CONFIG_PREEMPT），cond_resched是空操作  
    
    
    
    
    */   
    
    
    
    
    cond_resched();  
    
    
    
    
   }  
    
    
    
    
   /*根据poll的结果写回到输出位图里*/ 
    
    
    
    
   if (res_in)  
    
    
    
    
    *rinp = res_in;  
    
    
    
    
   if (res_out)  
    
    
    
    
    *routp = res_out;  
    
    
    
    
   if (res_ex)  
    
    
    
    
    *rexp = res_ex;  
    
    
    
    
  }  
    
    
    
    
  wait = NULL;  
    
    
    
    
  if (retval || !*timeout || signal_pending(current))/*signal_pending前面说过了*/ 
    
    
    
    
   break;  
    
    
    
    
  if(table.error) {  
    
    
    
    
   retval = table.error;  
    
    
    
    
   break;  
    
    
    
    
  }  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
  if (*timeout < 0) {  
    
    
    
    
   /*无限等待*/ 
    
    
    
    
   __timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT;  
    
    
    
    
  } else if (unlikely(*timeout >= (s64)MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1)) {  
    
    
    
    
   /* 时间超过MAX_SCHEDULE_TIMEOUT,即schedule_timeout允许的最大值，用一个循环来不断减少超时值*/ 
    
    
    
    
   __timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1;  
    
    
    
    
   *timeout -= __timeout;  
    
    
    
    
  } else {  
    
    
    
    
   /*等待一段时间*/ 
    
    
    
    
   __timeout = *timeout;  
    
    
    
    
   *timeout = 0;  
    
    
    
    
  }  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
  /*TASK_INTERRUPTIBLE状态下，调用schedule_timeout的进程会在收到信号后重新得到调度的机会，  
    
    
    
    
  即schedule_timeout返回,并返回剩余的时钟周期数  
    
    
    
    
  */ 
    
    
    
    
  __timeout = schedule_timeout(__timeout);  
    
    
    
    
  if (*timeout >= 0)  
    
    
    
    
   *timeout += __timeout;  
    
    
    
    
 }  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*设置为运行状态*/ 
    
    
    
    
 __set_current_state(TASK_RUNNING);  
    
    
    
    
 /*清理等待队列*/ 
    
    
    
    
 poll_freewait(&table);  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 return retval;  
    
    
    
    
}  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 
    
    
    
    
static unsigned int sock_poll(struct file *file, poll_table *wait)  
    
    
    
    
{  
    
    
    
    
 struct socket *sock;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*约定socket的file->private_data字段放着对应的socket结构指针*/ 
    
    
    
    
 sock = file->private_data;  
    
    
    
    
 
    
    
    
    
 /*对应了三个协议的函数tcp_poll,udp_poll,datagram_poll，其中udp_poll几乎直接调用了datagram_poll  
    
    
    
    
 累了，先休息一下，这三个函数以后分析*/ 
    
    
    
    
 return sock->ops->poll(file, sock, wait);  
    
    
    
    
}  
   
   
   
   

其他重要函数一览
static int max_select_fd(unsigned long n, fd_set_bits *fds)
返回在fd_set中已经打开的，并且小于用户指定最大值，的fd

static inline int get_fd_set(unsigned long nr, void __user *ufdset, unsigned long *fdset)
从用户空间拷贝fd_set到内核

static inline void zero_fd_set(unsigned long nr, unsigned long *fdset)
把fd_set清零

static inline unsigned long __must_check set_fd_set(unsigned long nr, void __user *ufdset, unsigned long *fdset)
把fd_set拷贝回用户空间

static inline int signal_pending(struct task_struct *p)
目前进程有信号需要处理

struct file *fget_light(unsigned int fd, int *fput_needed)
由fd得到其对应的file结构指针，并增加其引用计数

static inline void fput_light(struct file *file, int fput_needed)
释放由fget_light得到的file结构指针，减少其引用计数

set_current_state
设置当前进程的状态

static inline int cond_resched(void)
判断是否有进程需要抢占当前进程，如果是将立即发生调度。就是额外增加一个抢占点。

signed long __sched schedule_timeout(signed long timeout)
当前进程睡眠timeout个jiffies

rcu_read_lock
rcu_read_unlock
Linux 2.6新加入的rcu锁。读锁的加锁、解锁函数
参考http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-rcu

poll_freewait
poll_initwait
poll_wait
...
和文件IO，poll机制有关的几个函数，参考《Linux设备驱动(第三版)》6.3

tcp_poll
udp_poll
datagram_poll
协议层的poll函数