詳細(xì)解讀Linux內(nèi)核的poll機(jī)制

所有的系統(tǒng)調(diào)用，基于都可以在它的名字前加上“sys_”前綴，這就是它在內(nèi)核中對(duì)應(yīng)的函數(shù)。比如系統(tǒng)調(diào)用open、read、write、poll，與之對(duì)應(yīng)的內(nèi)核函數(shù)為：sys_open、sys_read、sys_write、sys_poll。

一、內(nèi)核框架：

??? 對(duì)于系統(tǒng)調(diào)用poll或select，它們對(duì)應(yīng)的內(nèi)核函數(shù)都是sys_poll。分析sys_poll，即可理解poll機(jī)制。

1.?sys_poll函數(shù)位于fs/select.c文件中，代碼如下：
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
#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);
}
它對(duì)超時(shí)參數(shù)稍作處理后，直接調(diào)用do_sys_poll。

2.?do_sys_poll函數(shù)也位于位于fs/select.c文件中，我們忽略其他代碼：
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函數(shù)非常簡(jiǎn)單，它初始化一個(gè)poll_wqueues變量table：
poll_initwait > init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); > pt->qproc = qproc;
即table->pt->qproc = __pollwait，__pollwait將在驅(qū)動(dòng)的poll函數(shù)里用到。

3.?do_sys_poll函數(shù)位于fs/select.c文件中，代碼如下：

static int do_poll(unsigned int nfds,? struct poll_list *list,
???? struct poll_wqueues *wait, s64 *timeout)
{
01 ……
02 ?for (;;) {
03 ……
04 ????if (do_pollfd(pfd, pt)) {
05?????count++;
06?????pt = NULL;
07????}
08 ……
09??if (count || !*timeout || signal_pending(current))
10???break;
11??count = wait->error;
12??if (count)
13???break;
14
15??if (*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 in
21??? * a loop
22??? */
23???__timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1;
24???*timeout -= __timeout;
25??} else {
26???__timeout = *timeout;
27???*timeout = 0;
28??}
29
30??__timeout = schedule_timeout(__timeout);
31??if (*timeout >= 0)
32???*timeout += __timeout;
33?}
34?__set_current_state(TASK_RUNNING);
35?return count;
36 }

分析其中的代碼，可以發(fā)現(xiàn)，它的作用如下：
①?從02行可以知道，這是個(gè)循環(huán)，它退出的條件為：
a.?09行的3個(gè)條件之一(count非0，超時(shí)、有信號(hào)等待處理)
count順0表示04行的do_pollfd至少有一個(gè)成功。
b.?11、12行：發(fā)生錯(cuò)誤
②?重點(diǎn)在do_pollfd函數(shù)，后面再分析
③?第30行，讓本進(jìn)程休眠一段時(shí)間，注意：應(yīng)用程序執(zhí)行poll調(diào)用后，如果①②的條件不滿足，進(jìn)程就會(huì)進(jìn)入休眠。那么，誰喚醒呢？除了休眠到指定時(shí)間被系統(tǒng)喚醒外，還可以被驅(qū)動(dòng)程序喚醒──記住這點(diǎn)，這就是為什么驅(qū)動(dòng)的poll里要調(diào)用poll_wait的原因，后面分析。

4.?do_pollfd函數(shù)位于fs/select.c文件中，代碼如下：
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);
……
}

可見，它就是調(diào)用我們的驅(qū)動(dòng)程序里注冊(cè)的poll函數(shù)。

二、驅(qū)動(dòng)程序：

驅(qū)動(dòng)程序里與poll相關(guān)的地方有兩處：一是構(gòu)造file_operation結(jié)構(gòu)時(shí)，要定義自己的poll函數(shù)。二是通過poll_wait來調(diào)用上面說到的__pollwait函數(shù)，pollwait的代碼如下：
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函數(shù)，從它的代碼可知，它只是把當(dāng)前進(jìn)程掛入我們驅(qū)動(dòng)程序里定義的一個(gè)隊(duì)列里而已。它的代碼如下：
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);
}

執(zhí)行到驅(qū)動(dòng)程序的poll_wait函數(shù)時(shí)，進(jìn)程并沒有休眠，我們的驅(qū)動(dòng)程序里實(shí)現(xiàn)的poll函數(shù)是不會(huì)引起休眠的。讓進(jìn)程進(jìn)入休眠，是前面分析的do_sys_poll函數(shù)的30行“__timeout = schedule_timeout(__timeout)”。
poll_wait只是把本進(jìn)程掛入某個(gè)隊(duì)列，應(yīng)用程序調(diào)用poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait，do_poll > do_pollfd > 我們自己寫的poll函數(shù)后，再調(diào)用schedule_timeout進(jìn)入休眠。如果我們的驅(qū)動(dòng)程序發(fā)現(xiàn)情況就緒，可以把這個(gè)隊(duì)列上掛著的進(jìn)程喚醒?？梢姡琾oll_wait的作用，只是為了讓驅(qū)動(dòng)程序能找到要喚醒的進(jìn)程。即使不用poll_wait，我們的程序也有機(jī)會(huì)被喚醒：chedule_timeout(__timeout)，只是休眠_(dá)_time_out這段時(shí)間。

現(xiàn)在來總結(jié)一下poll機(jī)制：
1. poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait，poll_initwait函數(shù)注冊(cè)一下回調(diào)函數(shù)__pollwait，它就是我們的驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行poll_wait時(shí)，真正被調(diào)用的函數(shù)。

2. 接下來執(zhí)行file->f_op->poll，即我們驅(qū)動(dòng)程序里自己實(shí)現(xiàn)的poll函數(shù)
?? 它會(huì)調(diào)用poll_wait把自己掛入某個(gè)隊(duì)列，這個(gè)隊(duì)列也是我們的驅(qū)動(dòng)自己定義的；
?? 它還判斷一下設(shè)備是否就緒。

3. 如果設(shè)備未就緒，do_sys_poll里會(huì)讓進(jìn)程休眠一定時(shí)間

4. 進(jìn)程被喚醒的條件有2：一是上面說的“一定時(shí)間”到了，二是被驅(qū)動(dòng)程序喚醒。驅(qū)動(dòng)程序發(fā)現(xiàn)條件就緒時(shí)，就把“某個(gè)隊(duì)列”上掛著的進(jìn)程喚醒，這個(gè)隊(duì)列，就是前面通過poll_wait把本進(jìn)程掛過去的隊(duì)列。

5. 如果驅(qū)動(dòng)程序沒有去喚醒進(jìn)程，那么chedule_timeout(__timeou)超時(shí)后，會(huì)重復(fù)2、3動(dòng)作，直到應(yīng)用程序的poll調(diào)用傳入的時(shí)間到達(dá)。

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