Linux poll机制精彩分析

Linux poll机制精彩分析

2011-07-17 16:32 355人阅读 评论(0) 收藏 举报

原始地址：http://blogold.chinaunix.net/u3/102839/showart_2283496.html   （偶这里有一定改动）

所有的系统调用，基于都可以在它的名字前加上“sys_”前缀，这就是它在内核中对应的函数。比如系统调用open、read、write、poll，与之对应的内核函数为：sys_open、sys_read、sys_write、sys_poll。

对于系统调用poll或select，它们对应的内核函数都是sys_poll。分析sys_poll，即可理解poll机制。

一、内核框架

1.1  sys_poll函数

sys_poll函数源代码：它对超时参数稍作处理后，直接调用do_sys_poll。

asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,
long timeout_msecs)
{
    s64 timeout_jiffies;
    if (timeout_msecs > 0) {
         #if HZ > 1000
             /* We can only overflow if HZ > 1000 */
            if (timeout_msecs / 1000 > (s64)0x7fffffffffffffffULL / (s64)HZ)
                      timeout_jiffies = -1;
           else
        #endif

        timeout_jiffies = msecs_to_jiffies(timeout_msecs);
     }
     else {
         /* Infinite (< 0) or no (0) timeout */
         timeout_jiffies = timeout_msecs;
}
     return do_sys_poll(ufds, nfds, &timeout_jiffies);
}

asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, long timeout_msecs) { s64 timeout_jiffies; if (timeout_msecs > 0) { #if HZ > 1000 /* We can only overflow if HZ > 1000 */ if (timeout_msecs / 1000 > (s64)0x7fffffffffffffffULL / (s64)HZ) timeout_jiffies = -1; else #endif timeout_jiffies = msecs_to_jiffies(timeout_msecs); }  else { /* Infinite (< 0) or no (0) timeout */ timeout_jiffies = timeout_msecs; } return do_sys_poll(ufds, nfds, &timeout_jiffies); }

1.2 do_sys_poll函数

do_sys_poll函数也位于位于fs/select.c文件中，我们忽略其他代码：

int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, s64 *timeout)
{
      ……
      poll_initwait(&table);
      ……

      fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout);
       ……
}

int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, s64 *timeout) { …… poll_initwait(&table); …… fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout); …… } poll_initwait 函数非常简单，它初始化一个 poll_wqueues 变量 table ：

poll_initwait > init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); > pt->qproc = qproc;
即table->pt->qproc = __pollwait，__pollwait将在驱动的poll函数里用到。

1.3 do_poll函数

源代码如下：

static int do_poll(unsigned int nfds,  struct poll_list *list,
           struct poll_wqueues *wait, struct timespec *end_time)
{
    poll_table* pt = &wait->pt;
    ktime_t expire, *to = NULL;
    int timed_out = 0, count = 0;
    unsigned long slack = 0;

    /* Optimise the no-wait case */
    if (end_time && !end_time->tv_sec && !end_time->tv_nsec) {
        pt = NULL;
        timed_out = 1;
    }

    if (end_time && !timed_out)
        slack = estimate_accuracy(end_time);

    for (;;) {
        struct poll_list *walk;

        for (walk = list; walk != NULL; walk = walk->next) {
            struct pollfd * pfd, * pfd_end;

            pfd = walk->entries;
            pfd_end = pfd + walk->len;
            for (; pfd != pfd_end; pfd++) {
                /*
                 * Fish for events. If we found one, record it
                 * and kill the poll_table, so we don't
                 * needlessly register any other waiters after
                 * this. They'll get immediately deregistered
                 * when we break out and return.
                 */
                if (do_pollfd(pfd, pt)) {
                    count++;
                    pt = NULL;
                }
            }
        }
        /*
         * All waiters have already been registered, so don't provide
         * a poll_table to them on the next loop iteration.
         */
        pt = NULL;
        if (!count) {
            count = wait->error;
            if (signal_pending(current))
                count = -EINTR;
        }
        if (count || timed_out)
            break;

        /*
         * If this is the first loop and we have a timeout
         * given, then we convert to ktime_t and set the to
         * pointer to the expiry value.
         */
        if (end_time && !to) {
            expire = timespec_to_ktime(*end_time);
            to = &expire;
        }

        if (!poll_schedule_timeout(wait, TASK_INTERRUPTIBLE, to, slack))
            timed_out = 1;
    }
    return count;
}"code" class="cpp">

static int do_poll(unsigned int nfds,  struct poll_list *list,            struct poll_wqueues *wait, struct timespec *end_time) {     poll_table* pt = &wait->pt;     ktime_t expire, *to = NULL;     int timed_out = 0, count = 0;     unsigned long slack = 0;     /* Optimise the no-wait case */     if (end_time && !end_time->tv_sec && !end_time->tv_nsec) {         pt = NULL;         timed_out = 1;     }     if (end_time && !timed_out)         slack = estimate_accuracy(end_time);     for (;;) {         struct poll_list *walk;         for (walk = list; walk != NULL; walk = walk->next) {             struct pollfd * pfd, * pfd_end;             pfd = walk->entries;             pfd_end = pfd + walk->len;             for (; pfd != pfd_end; pfd++) {                 /*                  * Fish for events. If we found one, record it                  * and kill the poll_table, so we don't                  * needlessly register any other waiters after                  * this. They'll get immediately deregistered                  * when we break out and return.                  */                 if (do_pollfd(pfd, pt)) {                     count++;                     pt = NULL;                 }             }         }         /*          * All waiters have already been registered, so don't provide          * a poll_table to them on the next loop iteration.          */         pt = NULL;         if (!count) {             count = wait->error;             if (signal_pending(current))                 count = -EINTR;         }         if (count || timed_out)             break;         /*          * If this is the first loop and we have a timeout          * given, then we convert to ktime_t and set the to          * pointer to the expiry value.          */         if (end_time && !to) {             expire = timespec_to_ktime(*end_time);             to = &expire;         }         if (!poll_schedule_timeout(wait, TASK_INTERRUPTIBLE, to, slack))             timed_out = 1;     }     return count; }

 
  注意：应用程序执行 
  poll 
  调用后，如果①②的条件不满足，进程就会进入休眠。那么，谁唤醒呢？除了休眠到指定时间被系统唤醒外，还可以被驱动程序唤醒──记住这点，这就是为什么驱动的 
  poll 
  里要调用 
  poll_wait 
  的原因 
  
1.4 do_pollfd函数
 
  
static inline unsigned int do_pollfd(struct pollfd *pollfd, poll_table *pwait)
{
    ……
    if (file->f_op && file->f_op->poll)
         mask = file->f_op->poll(file, pwait);
     ……
}
 static inline unsigned int do_pollfd(struct pollfd *pollfd, poll_table *pwait) { …… if (file->f_op && file->f_op->poll) mask = file->f_op->poll(file, pwait); …… } 
  其实就是调用驱动程序里面，咱们自己实现的poll函数。 
  
 
                                                                     
 
  
 
   二、驱动程序 
   
 
  
 
  
驱动程序里与poll相关的地方有两处：
 
  
                      一是构造file_operation结构时，要定义自己的poll函数；
 
  
                      二是通过poll_wait来调用上面说到的__pollwait函数，poll_wait的代码如下：
 
  
static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)
{
    if (p && wait_address)
        p->qproc(filp, wait_address, p);
}
 static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p) { if (p && wait_address) p->qproc(filp, wait_address, p); }poll_wait的作用是把进程加入poll_table中，以供系统唤醒。（前面说过饿） 
  
 
  
 
  执行到驱动程序的 
  poll_wait 
  函数时，进程并没有休眠，我们的驱动程序里实现的 
  poll 
  函数是不会引起休眠的。让进程进入休眠，是前面分析的 
  do_sys_poll 
  函数。 
  
poll_wait只是把本进程挂入某个队列，应用程序调用poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait，do_poll > do_pollfd > 我们自己写的poll函数后，再调用schedule_timeout进入休眠。如果我们的驱动程序发现情况就绪，可以把这个队列上挂着的进程唤醒。可见，poll_wait的作用，只是为了让驱动程序能找到要唤醒的进程。即使不用poll_wait，我们的程序也有机会被唤醒：chedule_timeout(__timeout)，只是休眠__time_out这段时间。
 
  

 
  
三，总结
 
  
现在来总结一下poll机制：
1.   poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait，poll_initwait函数注册一下回调函数__pollwait，它就是我们的驱动程序执行poll_wait时，真正被调用的函数。
2.   接下来执行file->f_op->poll，即我们驱动程序里自己实现的poll函数
             它会调用poll_wait把自己挂入某个队列，这个队列也是我们的驱动自己定义的；
             它还判断一下设备是否就绪。
3.  如果设备未就绪，do_sys_poll里会让进程休眠一定时间
4.  进程被唤醒的条件有2：一是上面说的“一定时间”到了，二是被驱动程序唤醒。驱动程序发现条件就绪时，就把“某个队列”上挂着的进程唤醒。
 
             这个队列，就是前面通 过 
  poll_wait 
  把本进程挂过去的队列。 
  
 
  5.   
  如果驱动程序没有去唤醒进程，那么 
  chedule_timeout(__timeou) 
  超时后，会重复 
  2 
  、 
  3 
  动作，直到应用程序的 
  poll 
  调用传入的时间到达。