• poll函数内核态全面分析


     


    内核层:

     

     

    主要数据结构:

    struct poll_table_entry {

            struct file  filp;

            wait_queue_t wait;//内部有一个指针指向一个进程

            wait_queue_head_t   wait_address;//等待队列头部(等待队列有多个

                                              //wait_queue_t组成,通过双链表连接

    };

     

     

    struct poll_table_page {

            struct poll_table_page   next;

            struct poll_table_entry   entry;

            struct poll_table_entry entries[0];

    };

     

     

    struct poll_wqueues {

           poll_table pt;//一个函数指针,通常指向__pollwaitNULL

           struct poll_table_page * table;

           int error;

    };

     

     

     

    struct poll_list {

            struct poll_list *next;//按内存页连接,因为kmalloc有申请数据限制

            int len;//用户空间传入fd的数量

            struct pollfd entries[0];//存放用户空间存入的数据

    };

     

     

     

     

     

    //poll()函数的系统调用

     459asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user * ufds, unsigned int nfds, long timeout)

     460{

     461        struct poll_wqueues table;

    …………

     479        poll_initwait(&table);//注册回调函数__pollwait()

    ………… 

     483        i = nfds;

     

     485        while(i!=0) {

     486                struct poll_list *pp;

                         //pppp->entries[0]分配空间,用户空间传入的ufds数据是

                      //存在pp->entries[0]里的

     487                pp = kmalloc(sizeof(struct poll_list)+

     488                                sizeof(struct pollfd)*

     489                             (i>POLLFD_PER_PAGE?POLLFD_PER_PAGE:i),//注意kmalloc的用法

     490                                        GFP_KERNEL);

     491                if(pp==NULL)

     492                        goto out_fds;

     493                pp->next=NULL;

                         //当前操作文件的个数

     494                pp->len = (i>POLLFD_PER_PAGE?POLLFD_PER_PAGE:i);

     495                if (head == NULL)

     496                        head = pp;

     497                else

     498                        walk->next = pp;

     499

     500                walk = pp;

     501                if (copy_from_user(pp->entries, ufds + nfds-i, 

     502                                sizeof(struct pollfd)*pp->len)) {

     503                        err = -EFAULT;

     504                        goto out_fds;

     505                }

     506                i -= pp->len;

     507        }

     508        fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout);//在后面分析

     509

     510        /* OK, now copy the revents fields back to user space. */

     511        walk = head;

     512        err = -EFAULT;

     513        while(walk != NULL) {

     514                struct pollfd *fds = walk->entries;

     515                int j;

     516

     517                for (j=0; j < walk->len; j++, ufds++) {

     518                        if(__put_user(fds[j].revents, &ufds->revents))

     519                                goto out_fds;

     520                }

     521                walk = walk->next;

     522        }

    …………

     535}

     

     

     

     

     

     

     430static int do_poll(unsigned int nfds,  struct poll_list *list,

     431                        struct poll_wqueues *wait, long timeout)

     432{

     433        int count = 0;

     434        poll_table* pt = &wait->pt;

     435

     436        if (!timeout)

     437                pt = NULL;

     438 

     439        for (;;) {

     440                struct poll_list *walk;

     441                set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);

     442                walk = list;

     443                while(walk != NULL) {

                                 //里面会调用我们自己的设备驱动程序,后面分析

     444                        do_pollfd( walk->len, walk->entries, &pt, &count);

     445                        walk = walk->next;

     446                }

     447                pt = NULL;

                         //循环退出的3个条件:count大于0(表示do_pollfd至少有一个成功),

                         //超时,有信号等待处理

     448                if (count || !timeout || signal_pending(current))

     449                        break;

     450                count = wait->error;

     451                if (count)

     452                        break;

     

                         //如果退出循环的条件不满足,进程进入休眠。谁唤醒?除了休眠时间到被

                         //系统唤醒,还可以被设备驱动程序唤醒(这就是要调用poll_wait()的原因)

     453                timeout = schedule_timeout(timeout);

     454        }

     455        __set_current_state(TASK_RUNNING);

     456        return count;

     457}

     

     

     

     

     

     

     

     398static void do_pollfd(unsigned int num, struct pollfd * fdpage,

     399        poll_table ** pwait, int *count)

     400{

     401        int i;

     402

     403        for (i = 0; i < num; i++) {

     404                int fd;

     405                unsigned int mask;

     406                struct pollfd *fdp;

     407

     408                mask = 0;

     409                fdp = fdpage+i;

     410                fd = fdp->fd;

     411                if (fd >= 0) {

     412                        struct file * file = fget(fd);

     413                        mask = POLLNVAL;

     414                        if (file != NULL) {

     415                                mask = DEFAULT_POLLMASK;

     416                                if (file->f_op && file->f_op->poll)

                                                 //调用我们自己的驱动程序

     417                                        mask = file->f_op->poll(file, *pwait);

     418                                mask &= fdp->events | POLLERR | POLLHUP;

     419                                fput(file);

     420                        }

     421                        if (mask) {

     422                                *pwait = NULL;

     423                                (*count)++;

     424                        }

     425                }

     426                fdp->revents = mask;

     427        }

     428}

     

     

     

     

     

     

     

      24static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)

      25{

      26        if (p && wait_address)

      27                p->qproc(filp, wait_address, p);//调用__pollwait()

      28}

     

     

     

     

     

     

      89void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address, poll_table *_p)

      90{

      91        struct poll_wqueues *p = container_of(_p, struct poll_wqueues, pt);

      92        struct poll_table_page *table = p->table;

    …………

     108

     109        /* Add a new entry */

     110        {

     111                struct poll_table_entry * entry = table->entry;

     112                table->entry = entry+1;

     113                get_file(filp);

     114                entry->filp = filp;

     115                entry->wait_address = wait_address;

                         //等待块中指针指向当前线程

     116                init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);

                         //加入等待队列

     117                add_wait_queue(wait_address,&entry->wait);

     118        }

     119}

     

     

     

     

     

     

    现在来总结一下poll机制:(转自韦东山poll机制分析

    1. poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait,poll_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2、3动作,直到应用程序的poll调用传入的时间到达。

     

     

     

     

     

     

    //我们自己实现的设备驱动程序

    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;

    }

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