poll源码剖析

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-03 00:25:02

    民意调查系统调用,是在指定时间内轮询一定数量的文件描述符,以测试是否有就绪者。

民意调查系统调用原型:

#include <poll.h> int pollstruct follfd * fdsnfds_t nfdsint timeout);

fds参数是一个pollfd结构类型的数组,指定所有感兴趣的文件描述符上发生的可读,可写和异常等事件。

nfds参数指定被监听事件集合fds的大小。

    typedef unsigned long int nfds_t;

timeout参数指定poll的超时值,单位是毫秒。

  当超时为-1时,轮询调用将一直阻塞,直到某个事件发生;当超时为0时,轮询调用立即返回。


基本数据结构

一个pollfd结构类型的数组,指定所有感兴趣的文件描述符上发生的可读,可写和异常等事件。

FD是文件描述符;事件是注册的事件,即监听FD上的事件; revents中是指实际发生的事情,由内核填充。

struct pollfd { 	int fd; 	短时间事件; 	短暂的启示; };

poll_wqueues:

struct poll_wqueues { 	poll_table pt; 	struct poll_table_page * table; 	int错误; };
poll_wqueues:
struct poll_wqueues { 	poll_table pt; 	struct poll_table_page * table; 	int错误; };
poll_table_entry:
struct poll_table_entry { 	结构文件* filp; 	wait_queue_t等待; / *等待队列* / 	wait_queue_head_t * wait_address; };

poll_list:

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

基本结构关系:


民意调查系统调用原理:

    先注册回调函数__poll_wait,再初始化table variable(类型为struct poll_wqueues);拷贝用户传入的struct pollfd;

    轮流调用所有FD对应的轮询(把电流挂到每个FD对应的设备等待队列上)。在设备收到一条消息或填写完文件数据(磁盘设备)后,会唤醒设备等待队列上的进程,这时电流便被唤醒了。

    当前唤醒后离开sys_poll。


(主要基于内核源代码2.6.9版本,在FD \ select.c中)

sys_poll

asmlinkage long sys_pollstruct pollfd __user * ufdsunsigned int nfdslong timeout { 	struct poll_wqueues表;  	int fdcounterr;  	unsigned int i; 	struct poll_list * head;  	struct poll_list * walk;  	/ *对nfds进行健全性检查... OPEN_MAX = 256 * / 	如果(nfds> current-> files-> max_fdset && nfds> OPEN_MAX 		返回-EINVAL;  	如果(超时){ 		/ *小心中间值溢出* / 		如果((unsigned longtimeout <MAX_SCHEDULE_TIMEOUT / HZ 			timeout =(unsigned long)(timeout * HZ + 999)/ 1000 + 1; 		其他/ *负或溢出* / 			timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT; 	}  	poll_initwait(表);  	head = NULL; 	walk = NULL; 	我= nfds; 	err = -ENOMEM; 	whilei!= 0){ 		struct poll_list * pp; 		pp = kmallocsizeofstruct poll_list)+ 				sizeofstruct pollfd)* 				(?I> POLLFD_PER_PAGE POLLFD_PER_PAGEi)中, 					GFP_KERNEL); 		如果(PP == NULL 			goto out_fds; 		PP->下一= NULL; 		pp-> len =(i> POLLFD_PER_PAGEPOLLFD_PER_PAGEi); 		如果(head == NULL 			head = pp; 		其他 			walk-> next = pp;  		walk = pp; 		如果(copy_from_userpp-> entriesufds + nfds-i  				sizeofstruct pollfd)* pp-> len)){ 			err = -EFAULT; 			goto out_fds; 		} 		i  -  = pp-> len; 	} 	fdcount = do_pollnfdshead,&tabletimeout);  	/ *好了,现在将revents字段复制回用户空间。* / 	走=头; 	err = -EFAULT; 	whilewalk!= NULL){ 		struct pollfd * fds = walk-> entries; 		int j;  		forj = 0; j <walk-> len; j ++,ufds ++){ 			if__ put_userfds [j] .revents,&ufds-> revents)) 				goto out_fds; 		} 		walk = walk-> next;   	} 	err = fdcount; 	if(!fdcount && signal_pendingcurrent)) 		err = -EINTR; out_fds 	走=头; 	whilewalk!= NULL){ 		struct poll_list * pp = walk-> next; 		kfree(步行); 		walk = pp; 	} 	poll_freewait(表); 	返回错误; }

   (1)poll_initwait()

void poll_initwaitstruct poll_wqueues * pwq { 	init_poll_funcptr(&pwq-> pt__pollwait); 	pwq-> error = 0; 	pwq-> table = NULL; }

注册回调函数__pollwait,

void __pollwaitstruct file * filpwait_queue_head_t * wait_addresspoll_table * p);

(2)调用copy_from_user()

    这里的循环中,建立链表,然后调用copy_from_user将文件描述符从用户空间拷贝到内核空间。也就是把用户态的struct pollfd拷进进这些条目中。通常用户程序的poll调用就监控几个fd,所以上面这个链表通常也就只需要一个节点,即操作系统的一页。

但是,当用户传入的fd很多时,由于poll系统调用每次要把所有的struct pollfd拷进进内核,所以参数传递和页分配此时就成了poll系统调用的性能瓶颈。

/ **  *从用户空间复制任意大小的块。  * / 无符号长整数 copy_from_uservoid * toconst void __user * fromunsigned long n { 	might_sleep(); 	BUG_ON((longn <0); 	ifaccess_okVERIFY_READfromn)) 		n = __copy_from_usertofromn); 	其他 		memsetto0n); 	返回n; }

(3)do_poll()

static int do_pollunsigned int nfdsstruct poll_list * list 			struct poll_wqueues * waitlong timeout { 	int count = 0; 	poll_table * pt =&wait-> pt;  	如果(!超时) 		pt = NULL;   	for(;;){ 		struct poll_list * walk; 		set_current_stateTASK_INTERRUPTIBLE); 		walk = list; 		whilewalk!= NULL){ 			do_pollfdwalk-> lenwalk-> entries,&pt,&count); 			walk = walk-> next; 		} 		pt = NULL; 		ifcount ||!timeout || signal_pendingcurrent)) 			打破; 		count = wait-> error; 		如果(计数) 			打破; 		timeout = schedule_timeouttimeout); 	} 	__set_current_stateTASK_RUNNING); 	返回计数; }

在对循环中,直到计数大于0才跳出循环。而数主要是依靠do_pollfd函数处理。

当用户传入的FD很多时(比如1000个),对do_pollfd就会调用很多次,调查效率出现瓶颈。


set_current _STATE和signal_pending函数

    保障了当用户程序在调用调查后挂起时,发信号可以让程序迅速退出民调调用,而通常的系统调用是不会被信号打断的。


do_pollfd()

#define POLLFD_PER_PAGE((PAGE_SIZE-sizeofstruct poll_list))/ sizeofstruct pollfd))  static void do_pollfdunsigned int numstruct pollfd * fdpage 	poll_table ** pwaitint * count { 	int i;  	fori = 0; i <num; i ++){ 		int fd; 		无符号整型掩码; 		struct pollfd * fdp;  		掩码= 0; 		fdp = fdpage + i; 		fd = fdp-> fd; 		iffd> = 0){ 			struct file * file = fgetfd); 			mask = POLLNVAL; 			iffile!= NULL){ 				mask = DEFAULT_POLLMASK; 				iffile-> f_op && file-> f_op-> poll 					mask = file-> f_op-> pollfile,* pwait); 				mask&= fdp-> events | POLLERR | POLLHUP; 				fput(文件); 			} 			如果(掩码){ 				* pwait = NULL; 				(*计数)++; 			} 		} 		fdp-> revents = mask; 	} }

    如果FD对应的是某个插座,do_pollfd调用的就是网络设备驱动实现的轮询;

    如果FD对应的是某个EXT3文件系统的一个打开文件,那么do_pollfd调用的就是EXT3文件系统驱动实现的民意调查。

这个文件- > f_op->调查的英文设备驱动程序实现的。

而设备驱动程序的标准实现是:

(1)调用poll_wait,即以设备自己的等待队列为参数(通常设备都有自己的等待队列)

(2)调用struct poll_talbe的回调函数。


__pollwait

    回调函数__pollwait的作用是创建一个poll_table_entry数据结构(一次__poll_wait即一次设备poll调用只创建一个poll_table_entry),并通过struct poll_table_entry的wait成员,把currrent挂在设备的等待队列上,此处的等待队列是wait_address,对应tcp_poll中的SK-Ⅱ> sk_sleep。

void __pollwaitstruct file * filpwait_queue_head_t * wait_addresspoll_table * _p { 	struct poll_wqueues * p = container_of_pstruct poll_wqueuespt); 	struct poll_table_page * table = p-> table;  	if(!table || POLL_TABLE_FULLtable)){ 		struct poll_table_page * new_table;  		new_table =(struct poll_table_page *)__get_free_pageGFP_KERNEL); 		如果(!new_table){ 			p-> error = -ENOMEM; 			__set_current_stateTASK_RUNNING); 			返回; 		} 		new_table-> entry = new_table-> entries; 		new_table-> next = table; 		p-> table = new_table; 		table = new_table; 	}  	/ *添加一个新条目* /  		struct poll_table_entry * entry = table-> entry; 		table-> entry = entry + 1; 		get_file(的filp); 		entry-> filp = filp; 		entry-> wait_address = wait_address; 		init_waitqueue_entry(&entry-> waitcurrent); 		add_wait_queuewait_address,&entry-> wait); }

tcp_poll()

unsigned int tcp_pollstruct file *文件,struct socket * sockpoll_table * wait  {      无符号整型掩码;      struct sock * sk = sock-> sk;      struct tcp_sock * tp = tcp_sksk);      poll_waitfilesk-> sk_sleepwait);      ..... //省略判断状态,返回状态值  }







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