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分类: LINUX

2011-11-28 17:27:36

poll 源码分析

2.1 数据结构
/*
 * Structures and helpers for sys_poll/sys_poll
 */
struct poll_wqueues {
    poll_table pt;
    struct poll_table_page * table;
    int error;
};

/*
 * structures and helpers for f_op->poll implementations
 */
typedef void (*poll_queue_proc)(struct file *, wait_queue_head_t *, struct poll_table_struct *);

typedef struct poll_table_struct {
    poll_queue_proc qproc;
} poll_table;


//poll链表
struct poll_list {
    struct poll_list *next;
    int len;
    struct pollfd entries[0];
};  

//pollfd结构
struct pollfd {
    int fd;         //要监视的文件描述符
    short events;  //请求要监控的事件
    short revents;  //实际返回的事件
};



3, epoll源码分析


//poll系统调用入口
// ufds : 用户传入的要监视的pollfd数组首地址
// nfds : 要监控的fd的个数和pollfd的数组的成员个数相等
// timeout : 时间参数
asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user * ufds, unsigned int nfds, long timeout)
{
    struct poll_wqueues table;
    int fdcount, err;
    unsigned int i;
    struct poll_list *head;
    struct poll_list *walk;

    /* Do a sanity check on nfds ... */ //检查要检查的文件描述符的个数
    if (nfds > current->files->max_fdset && nfds > OPEN_MAX)
        return -EINVAL;

    if (timeout) { //处理timeout参数
        /* Careful about overflow in the intermediate values */
        if ((unsigned long) timeout < MAX_SCHEDULE_TIMEOUT / HZ)
            timeout = (unsigned long)(timeout*HZ+999)/1000+1;
        else /* Negative or overflow */
            timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT;
    }

    //初始化table,为table的qproc设置一个处理函数
    poll_initwait(&table);


    head = NULL;  //初始化队列头
    walk = NULL;
    i = nfds;     //获取监控的fd个数
    err = -ENOMEM;
    while(i!=0) { //个数大于0
        struct poll_list *pp;

    //为i个pollfd分配空间,若大于一页内存,则分配一页内存一般是(4096)
        pp = kmalloc(sizeof(struct poll_list)+
                sizeof(struct pollfd)*
                (i>POLLFD_PER_PAGE?POLLFD_PER_PAGE:i),
                    GFP_KERNEL);

    //分配失败
        if(pp==NULL)
            goto out_fds;
    
        pp->next=NULL;
        pp->len = (i>POLLFD_PER_PAGE?POLLFD_PER_PAGE:i);

    //若链表头是NULL,这是第一个链表节点,直接把该节点的地址赋给head即可
        if (head == NULL)
            head = pp;
        else
            walk->next = pp; //如不是第一个节点,则把该节点插入到最后一个节点之后

        walk = pp;  //更新walk指针,它始终指向最后一个节点

    //把用户的pollfd结构复制到相应节点的entries[i]中。
        if (copy_from_user(pp->entries, ufds + nfds-i,
                sizeof(struct pollfd)*pp->len)) {
            err = -EFAULT;
            goto out_fds;
        }
        i -= pp->len;
    }
    //以上代码实际上就是建立起一个用户要监视的pollfd链表
    // 并把用户传入的参数从用户态复制到内核态的链表中。

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

    /* OK, now copy the revents fields back to user space. */
    walk = head;
    err = -EFAULT;
    while(walk != NULL) {  //遍历pollfd链表,并检查每个链表节点中fd的实际返回的事件值
        struct pollfd *fds = walk->entries;
        int j;

        for (j=0; j < walk->len; j++, ufds++) {
            if(__put_user(fds[j].revents, &ufds->revents))
                goto out_fds;
        }
        walk = walk->next;
    }
    err = fdcount;
    if (!fdcount && signal_pending(current))
        err = -EINTR;
out_fds:
    walk = head;
    while(walk!=NULL) {
        struct poll_list *pp = walk->next;
        kfree(walk);
        walk = pp;
    }
    poll_freewait(&table);
    return err;
}


//初始化pollwait队列
void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address, poll_table *p);

void poll_initwait(struct poll_wqueues *pwq)
{
    init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait);
    pwq->error = 0;
    pwq->table = NULL;
}
    
static inline void init_poll_funcptr(poll_table *pt, poll_queue_proc qproc)
{       
    pt->qproc = qproc;
}


//__pollwait()系统调用
void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address, poll_table *_p)
{
    struct poll_wqueues *p = container_of(_p, struct poll_wqueues, pt);
    struct poll_table_page *table = p->table;

    if (!table || POLL_TABLE_FULL(table)) {
        struct poll_table_page *new_table;

        new_table = (struct poll_table_page *) __get_free_page(GFP_KERNEL);
        if (!new_table) {
            p->error = -ENOMEM;
            __set_current_state(TASK_RUNNING);
            return;
        }
        new_table->entry = new_table->entries;
        new_table->next = table;
        p->table = new_table;
        table = new_table;
    }

    /* Add a new entry */
    //向等待队列添加一个poll_table_entry实体,并把进程挂起
    {
        struct poll_table_entry * entry = table->entry;
        table->entry = entry+1;
        get_file(filp);
        entry->filp = filp;
        entry->wait_address = wait_address;
        init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);
        add_wait_queue(wait_address,&entry->wait);
    }
}

//do_poll调用
static int do_poll(unsigned int nfds,  struct poll_list *list,
            struct poll_wqueues *wait, long timeout)
{       
    int count = 0;
    poll_table* pt = &wait->pt;
    
    if (!timeout)
        pt = NULL;
    
    for (;;) { //死循环
        struct poll_list *walk;
        set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
        walk = list;
        while(walk != NULL) {  //遍历链表并调用do_pollfd函数对要检查的pollfd进行检查
            do_pollfd( walk->len, walk->entries, &pt, &count);
            walk = walk->next;
        }
        pt = NULL;
        if (count || !timeout || signal_pending(current))
            break;
        count = wait->error;
        if (count)
            break;
        timeout = schedule_timeout(timeout);
    }
    __set_current_state(TASK_RUNNING);
    return count;
}

//do_pollfd系统调用
static void do_pollfd(unsigned int num, struct pollfd * fdpage,
    poll_table ** pwait, int *count)
{
    int i;

    for (i = 0; i < num; i++) {
        int fd;
        unsigned int mask;
        struct pollfd *fdp;

        mask = 0;
        fdp = fdpage+i;
        fd = fdp->fd;
        if (fd >= 0) {
            struct file * file = fget(fd); //获取文件指针
            mask = POLLNVAL;
            if (file != NULL) {
                mask = DEFAULT_POLLMASK;
                if (file->f_op && file->f_op->poll)  //调用驱动程序的poll函数检查fd的事件
                    mask = file->f_op->poll(file, *pwait);
                mask &= fdp->events | POLLERR | POLLHUP;
                fput(file);
            }
            if (mask) {
                *pwait = NULL;
                (*count)++;
            }
        }
        fdp->revents = mask;
    }
}

//udp_poll->datagram_poll()...
unsigned int datagram_poll(struct file *file, struct socket *sock,
               poll_table *wait)
{   
    struct sock *sk = sock->sk;
    unsigned int mask;
    
    poll_wait(file, sk->sk_sleep, wait);  //其实就是调用__poll_wait
    mask = 0;
    
    ...
    ...

}


总结:
*poll系统调用的流程如下:
(1) 先注册回调函数__poll_wait;
(2) 再初始化table变量(类型为struct poll_wqueues);
(3) 拷贝用户传入的struct pollfd(其实主要是fd);
(4) 轮流调用所有fd对应的poll,该poll调用一般是流程是:把current挂到各个fd对应的设备等待队列上;
(5) 在设备收到一条消息(网络设备)或填写完文件数据(磁盘设备)。
(6) 唤醒设备等待队列上的进程,此时current便被唤醒了。
(7) current醒来后离开sys_poll,并把结果返回给使用者。

*poll的优缺点
优点:不像select,poll对fd没有限制。
缺点:(1) 要把用户传入的fd复制到内核,并对每一个fd分配内存,把这些fd构造成一个链表。
      (2) 遍历链表,并对用户传入的每一个fd(不管有没有事件产生),都调用do_pollfd函数。

此两者在fd个数比较小的情况下没事,但一点fd数量巨大,这将会造成poll性能的瓶颈。

附注:内核版本:2.6.11
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