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2012年(82)

分类: LINUX

2012-05-23 11:55:54

poll机制分析

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openreadwritepoll,与之对应的内核函数为:sys_opensys_readsys_writesys_poll

一、内核框架:

对于系统调用pollselect,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:

点击(此处)折叠或打开

  1. asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,
  2.             long timeout_msecs)
  3. {
  4.     s64 timeout_jiffies;

  5.     if (timeout_msecs > 0) {
  6. #if HZ > 1000
  7.         /* We can only overflow if HZ > 1000 */
  8.         if (timeout_msecs / 1000 > (s64)0x7fffffffffffffffULL / (s64)HZ)
  9.             timeout_jiffies = -1;
  10.         else
  11. #endif
  12.             timeout_jiffies = msecs_to_jiffies(timeout_msecs);
  13.     } else {
  14.         /* Infinite (< 0) or no (0) timeout */
  15.         timeout_jiffies = timeout_msecs;
  16.     }

  17.     return do_sys_poll(ufds, nfds, &timeout_jiffies);
  18. }

它对超时参数稍作处理后,直接调用do_sys_poll

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

点击(此处)折叠或打开

  1. int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, s64 *timeout)
  2. {
  3. ……
  4. poll_initwait(&table);
  5. ……
  6.     fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout);
  7. ……
  8. }

poll_initwait函数非常简单,它初始化一个poll_wqueues变量table

点击(此处)折叠或打开

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

table->pt->qproc = __pollwait__pollwait将在驱动的poll函数里用到。

  1. do_sys_poll函数位于fs/select.c文件中,代码如下:

点击(此处)折叠或打开

  1. static int do_poll(unsigned int nfds, struct poll_list *list,
  2.          struct poll_wqueues *wait, s64 *timeout)
  3. {
  4. ……
  5.      for (;;) {
  6.  ……
  7.                  if (do_pollfd(pfd, pt)) {
  8.                     count++;
  9.                     pt = NULL;
  10.                 }
  11.  ……
  12.         if (count || !*timeout || signal_pending(current))
  13.             break;
  14.         count = wait->error;
  15.         if (count)
  16.             break;

  17.         if (*timeout < 0) {
  18.             /* Wait indefinitely */
  19.             __timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT;
  20.         } else if (unlikely(*timeout >= (s64)MAX_SCHEDULE_TIMEOUT-1)) {
  21.             /*
  22.              * Wait for longer than MAX_SCHEDULE_TIMEOUT. Do it in
  23.              * a loop
  24.              */
  25.             __timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1;
  26.             *timeout -= __timeout;
  27.         } else {
  28.             __timeout = *timeout;
  29.             *timeout = 0;
  30.         }
  31.  
  32.         __timeout = schedule_timeout(__timeout);
  33.         if (*timeout >= 0)
  34.             *timeout += __timeout;
  35.     }
  36.     __set_current_state(TASK_RUNNING);
  37.     return count;
  38.  }

    分析其中的代码,可以发现,它的作用如下:

    1、从05行可以知道,这是个循环,它退出的条件为:

        a、12行的3个条件之一(count0,超时、有信号等待处理)

              count0表示04行的do_pollfd至少有一个成功。

        b、1516行:发生错误

     2、重点在do_pollfd函数,后面再分析

     3、第33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。

    do_pollfd函数位于fs/select.c文件中,代码如下:

点击(此处)折叠或打开

  1. static inline unsigned int do_pollfd(struct pollfd *pollfd, poll_table *pwait)
  2. {
  3. ……
  4.             if (file->f_op && file->f_op->poll)
  5.                 mask = file->f_op->poll(file, pwait);
  6. ……
  7. }

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:

点击(此处)折叠或打开

  1. static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)
  2. {
  3.     if (p && wait_address)
  4.         p->qproc(filp, wait_address, p);
  5. }

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:

点击(此处)折叠或打开

  1. static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,
  2.                 poll_table *p)
  3. {
  4.     struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(p);
  5.     if (!entry)
  6.         return;
  7.     get_file(filp);
  8.     entry->filp = filp;
  9.     entry->wait_address = wait_address;
  10.     init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);
  11.     add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);
  12. }

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_initwaitdo_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),只是要休眠__time_out这段时间。


现在来总结一下poll机制:

1. poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwaitpoll_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23动作,直到应用程序的poll调用传入的时间到达。

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