Linux poll机制详细讲解

linux  /  管理员 发布于 7年前   162

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。

一、内核框架：

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。

1.

sys_poll函数位于fs/select.c文件中，代码如下：

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#endiftimeout_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);}

它对超时参数稍作处理后，直接调用do_sys_poll。

2.

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);……}

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。

3.

do_sys_poll函数位于fs/select.c文件中，代码如下：

static int do_poll(unsigned int nfds,struct poll_list *list,struct poll_wqueues *wait, s64 *timeout){01 ……02for (;;) {03 ……04if (do_pollfd(pfd, pt)) {05count++;06pt = NULL;07}08 ……09if (count || !*timeout || signal_pending(current))10break;11count = wait->error;12if (count)13break;1415if (*timeout < 0) {16/* Wait indefinitely */17__timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT;18} else if (unlikely(*timeout >= (s64)MAX_SCHEDULE_TIMEOUT-1)) {19/*20* Wait for longer than MAX_SCHEDULE_TIMEOUT. Do it in21* a loop22*/23__timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1;24*timeout -= __timeout;25} else {26__timeout = *timeout;27*timeout = 0;28}2930__timeout = schedule_timeout(__timeout);31if (*timeout >= 0)32*timeout += __timeout;33}34__set_current_state(TASK_RUNNING);35return count;36 }

分析其中的代码，可以发现，它的作用如下：

①从02行可以知道，这是个循环，它退出的条件为：

a. 09行的3个条件之一(count非0，超时、有信号等待处理)

count顺0表示04行的do_pollfd至少有一个成功。

b. 11、12行：发生错误

②重点在do_pollfd函数，后面再分析

③第30行，让本进程休眠一段时间，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，后面分析。

4.

do_pollfd函数位于fs/select.c文件中，代码如下：

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);……}

可见，它就是调用我们的驱动程序里注册的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，pollwait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);}

p->qproc就是__pollwait函数，从它的代码可知，它只是把当前进程挂入我们驱动程序里定义的一个队列里而已。它的代码如下：

static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,poll_table *p){struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(p);if (!entry)return;get_file(filp);entry->filp = filp;entry->wait_address = wait_address;init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);}

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函数的30行“__timeout = schedule_timeout(__timeout)”。

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。

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。