poll機制分析(轉韋東山)

所有的系統調用,基於都可以在它的名字前加上“sys_”前綴,這就是它在內核中對應的函數。比如系統調用openreadwritepoll,與之對應的內核函數爲:sys_opensys_readsys_writesys_poll

 

一、內核框架:

對於系統調用pollselect,它們對應的內核函數都是sys_poll。分析sys_poll,即可理解poll機制。

1. sys_poll函數位於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);

}

它對超時參數稍作處理後,直接調用do_sys_poll

 

2. do_sys_poll函數也位於位於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函數非常簡單,它初始化一個poll_wqueues變量table

poll_initwait > init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); > pt->qproc = qproc;

即table->pt->qproc = __pollwait,__pollwait將在驅動的poll函數裏用到。

 

 

3. do_sys_poll函數位於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,可以發現,它的作用如下:

① 從02行可以知道,這是個循環,它退出的條件爲:

a. 09行的3個條件之一(count0,超時、有信號等待處理)

count0表示04行的do_pollfd至少有一個成功。

b. 1112行:發生錯誤

② 重點在do_pollfd函數,後面再分析

③ 第30行,讓本進程休眠一段時間,注意:應用程序執行poll調用後,如果①②的條件不滿足,進程就會進入休眠。那麼,誰喚醒呢?除了休眠到指定時間被系統喚醒外,還可以被驅動程序喚醒──記住這點,這就是爲什麼驅動的poll裏要調用poll_wait的原因,後面分析。

 

4. do_pollfd函數位於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,它就是調用我們的驅動程序裏註冊的poll函數。

 

二、驅動程序:

驅動程序裏與poll相關的地方有兩處:一是構造file_operation結構時,要定義自己的poll函數。二是通過poll_wait來調用上面說到的__pollwait函數,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,從它的代碼可知,它只是把當前進程掛入我們驅動程序裏定義的一個隊列裏而已。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);

}

 

執行到驅動程序的poll_wait函數時,進程並沒有休眠,我們的驅動程序裏實現的poll函數是不會引起休眠的。讓進程進入休眠,是前面分析的do_sys_poll函數的30行“__timeout = schedule_timeout(__timeout)”。

poll_wait只是把本進程掛入某個隊列,應用程序調用poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait,do_poll > do_pollfd > 我們自己寫的poll函數後,再調用schedule_timeout進入休眠。如果我們的驅動程序發現情況就緒,可以把這個隊列上掛着的進程喚醒。可見,poll_wait的作用,只是爲了讓驅動程序能找到要喚醒的進程。即使不用poll_wait,我們的程序也有機會被喚醒:chedule_timeout(__timeout),只是要休眠__time_out這段時間。

 

現在來總結一下poll機制:

1. poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait,poll_initwait函數註冊一下回調函數__pollwait,它就是我們的驅動程序執行poll_wait時,真正被調用的函數。

 

2. 接下來執行file->f_op->poll,即我們驅動程序裏自己實現的poll函數

   它會調用poll_wait把自己掛入某個隊列,這個隊列也是我們的驅動自己定義的;

   它還判斷一下設備是否就緒。

 

3. 如果設備未就緒,do_sys_poll裏會讓進程休眠一定時間

 

4. 進程被喚醒的條件有2:一是上面說的“一定時間”到了,二是被驅動程序喚醒。驅動程序發現條件就緒時,就把“某個隊列”上掛着的進程喚醒,這個隊列,就是前面通過poll_wait把本進程掛過去的隊列。

 

5. 如果驅動程序沒有去喚醒進程,那麼chedule_timeout(__timeou)超時後,會重複23動作,直到應用程序的poll調用傳入的時間到達。

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