Linux之Poll机制理解(linux poll机制)
最近看了一下Linux Poll 机制的实现，看了韦老师的分析文档，总结如下：
int poll(struct pollfd *fds,nfds_t nfds, int timeout);
总的来说，Poll机制会判断fds中的文件是否可读，如果可读则会立即返回，返回的值就是可读fd的数量，如果不可读，那么就进程就会休眠timeout这么长的时间，然后再来判断是否有文件可读，如果有，返回fd的数量，如果没有，则返回0.
Linux内核实现过程
在内核中大致上实现过程：
当应用程序调用poll函数的时候，会调用到系统调用sys_poll函数，该函数最终调用do_poll函数，do_poll函数中有一个死循环，在里面又会利用do_pollfd函数去调用驱动中的poll函数（fds中每个成员的字符驱动程序都会被扫描到），驱动程序中的Poll函数的工作有两个，一个就是调用poll_wait 函数，把进程挂到等待队列中去（这个是必须的，你要睡眠，必须要在一个等待队列上面，否则到哪里去唤醒你呢。另一个是确定相关的fd是否有内容可 读，如果可读，就返回1，否则返回0，如果返回1 ，do_poll函数中的count++， 然后 do_poll函数然后判断三个条件（if (count ||!timeout || signal_pending(current))）如果成立就直接跳出，如果不成立，就睡眠timeout个jiffes这么长的时间（调用schedule_timeout实现睡眠），如果在这段时间内没有其他进程去唤醒它，那么第二次执行判断的时候就会跳出死循环。如果在这段时间内有其他进程唤醒它，那么也可以跳出死循环返回（例如我们可以利用中断处理函数去唤醒它，这样的话一有数据可读，就可以让它立即返回）。
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open、read、write、poll，与之对应的内核函数为：sys_open、sys_read、sys_write、sys_poll。
内核框架
对于系统调用poll或select，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：
asmlinkagelong sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, long timeout_msecs) { s64 timeout_jiffies; if (timeout_msecs > 0) { #ifHZ > 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); } 复制代码它对超时参数稍作处理后，直接调用do_sys_poll。
2. do_sys_poll函数也位于位于fs/select.c文件中，我们忽略其他代码：
intdo_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, s64 *timeout) { …… poll_initwait(&table); …… fdcount = do_poll(nfds, head,&table, timeout); …… } 复制代码poll_initwait函数非常简单，它初始化一个poll_wqueues变量table：
poll_initwait> init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); > pt->qproc = qproc;
即table->pt->qproc= __pollwait，__pollwait将在驱动的poll函数里用到。
3. do_sys_poll函数位于fs/select.c文件中，代码如下：
static int do_poll(unsigned int nfds, struct poll_list *list, struct poll_wqueues *wait, s64 *timeout) { …… for (;;){ …… if(do_pollfd(pfd, pt)) { count++; pt = NULL; } …… if(count || !*timeout || signal_pending(current)) break; count= wait->error; if(count) break; if(*timeout < 0) { /*Wait indefinitely */ __timeout= MAX_SCHEDULE_TIMEOUT; }else if (unlikely(*timeout >= (s64)MAX_SCHEDULE_TIMEOUT-1)) { /* * Wait for longer than MAX_SCHEDULE_TIMEOUT. Do it in * a loop */ __timeout= MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1; *timeout-= __timeout; }else { __timeout= *timeout; *timeout= 0; } __timeout= schedule_timeout(__timeout); // 休眠时间由应用提供 if(*timeout >= 0) *timeout+= __timeout; } __set_current_state(TASK_RUNNING); returncount; } 复制代码分析其中的代码，可以发现，它的作用如下：
① 从02行可以知道，这是个循环，它退出的条件为：
a. 09行的3个条件之一(count非0，超时、有信号等待处理)
count顺0表示04行的do_pollfd至少有一个成功。
b. 11、12行：发生错误
② 重点在do_pollfd函数，后面再分析
③ 第30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。
4. do_pollfd函数位于fs/select.c文件中，代码如下：
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); …… } 复制代码可见，它就是调用我们的驱动程序里注册的poll函数。
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：
staticinline 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); } 复制代码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：
staticvoid __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); } 复制代码执行到驱动程序的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_initwait，do_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)，只是休眠__time_out这段时间。
总结一下poll机制
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。
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。
如果设备未就绪，do_sys_poll里会让进程休眠一定时间，这个时间是应用提供的“超时时间”
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。
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1次，直到应用程序的poll调用传入的时间到达， 然后返回。
伪原创工具 SEO网站优化 https://www.237it.com/
作者：JoernLee
链接：https://juejin.cn/post/7035212170476388359