Linux内核poll内部实现
前言
poll机制用于实现IO多路复用。所谓IO多路复用,通俗的讲,其实就是线程复用,使其能在一个线程上处理多个IO。
用户空间
用户通过调用用户空间的poll函数使用该机制。
驱动部分的实现
用户如果要在自己的驱动中实现poll机制,则必须实现:
struct file_operations中的
unsigned int (poll) (struct file , struct poll_table_struct *) 函数
该函数主要调用:
static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)
用于将一个wait_queue加入到poll_table中
然后检查相应状态,设置并返回给用户
eg(LDD 3):
static unsigned int scull_p_poll(struct file *filp, poll_table *wait)
{
struct scull_pipe *dev = filp->private_data;
unsigned int mask = 0;
/*
* The buffer is circular; it is considered full
* if "wp" is right behind "rp" and empty if the
* two are equal.
*/
down(&dev->sem);
poll_wait(filp, &dev->inq, wait);
poll_wait(filp, &dev->outq, wait);
if (dev->rp != dev->wp)
mask |= POLLIN | POLLRDNORM; /* readable */
if (spacefree(dev))
mask |= POLLOUT | POLLWRNORM; /* writable */
up(&dev->sem);
return mask;
}
内核实现分析
下面以内核版本4.10.0进行分析
在内核,实现为do_sys_poll(/fs/select.c)
int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,
struct timespec64 *end_time)
{
..................................
poll_initwait(&table);
fdcount = do_poll(head, &table, end_time);
poll_freewait(&table);
..................................
}
do_sys_poll 函数主要就是创建一个 struct poll_wqueues 的结构体,然后调用 do_poll。
其中 struct poll_wqueues结构体:
struct poll_wqueues {
poll_table pt;
struct poll_table_page *table;
struct task_struct *polling_task;
int triggered;
int error;
int inline_index;
struct poll_table_entry inline_entries[N_INLINE_POLL_ENTRIES];
};
do_poll(/fs/select)函数,主要是一个for循环,会将struct poll_wqueues 的 poll_table pt作为参数,传递给相应文件的poll函数。如果检查到任意一个文件能使用,就返回,否则就等待,直到有可用的文件为止。
然后文件的poll函数,调用poll_wait函数
poll_wait函数,接着调用__pollwait函数.
static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,
poll_table *p)
{
struct poll_wqueues *pwq = container_of(p, struct poll_wqueues, pt);
struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(pwq);
if (!entry)
return;
entry->filp = get_file(filp);
entry->wait_address = wait_address;
entry->key = p->_key;
init_waitqueue_func_entry(&entry->wait, pollwake);
entry->wait.private = pwq;
add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);
}
分析,可知,获取一个poll_table_entry,对其进行初始化,然后将当前进程加入到等待队列中,等待事件的发生。
总结
对一个程序的分析,最重要的是对其数据结构的分析。
当用户调用poll函数时,内核会创建一个struct poll_wqueues,然后将其中的poll_table 传递给文件的poll函数,然后由poll函数调用poll_wait,将当前调用进程加入等待队列中,等待事件的发生。
当一个进程,poll多个文件描述符时,该进程会被加载进多个等待队列中。
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