IO复用——select内核源代码剖析
来源：互联网 发布：深澜软件下载 编辑：程序博客网 时间：2024/05/29 07:32
*在高并发编程中，多次使用IO复用select函数，本篇就来深入剖析一下其内核源码。。。→_→*
了解poll机制底层原理请戳传送门——IO复用——poll机制内核源代码分析
了解select应用实例请戳传送门——IO复用——select函数应用实例
< – 2017-08-11 23:40 – >
还有一部分代码没贴。。。明天把select这个硬骨头啃下来。。。
< – 2017-08-16 13:32 – >
宿舍没网。。我的流量啊。。因为源代码大部分都在Select.c中。。。所以会有点多。。。看官请直接进sys_select。。。
//linux-2.4.0\fs\Select.c//提供了6个宏函数，返回要求位图或结果位图中对应的下标元素的值#define __IN(fds, n) (fds->in + n)#define __OUT(fds, n) (fds->out + n)#define __EX(fds, n) (fds->ex + n)#define __RES_IN(fds, n) (fds->res_in + n)#define __RES_OUT(fds, n) (fds->res_out + n)#define __RES_EX(fds, n) (fds->res_ex + n)//这个元素下标可以同时对应三种位图，所以在一个位图中监听存在就行#define BITS(fds, n) (*__IN(fds, n)|*__OUT(fds, n)|*__EX(fds, n))static int max_select_fd(unsigned long n, fd_set_bits *fds){ unsigned long *open_fds; unsigned long set; int max; /* handle last in-complete long-word first */ set = ~(~0UL << (n & (__NFDBITS-1))); n /= __NFDBITS; //将所监听的文件描述符的个数转化为位图的元素下标 open_fds = current->files->open_fds->fds_bits+n; max = 0; //记录最大的序号 if (set) { set &= BITS(fds, n); if (set) { if (!(set & ~*open_fds)) goto get_max; return -EBADF; } } while (n) { open_fds--; n--; set = BITS(fds, n); //判断在位图下标位n的元素中是否有要监听的文件描述符 if (!set) //如果位图中下标为n的元素中没有要监听的文件描述符，就继续寻找 continue; if (set & ~*open_fds) return -EBADF; if (max) //这里的最大序号可以理解为一个标志位 continue;get_max: do { max++; set >>= 1; } while (set); max += n * __NFDBITS; //再将位图中的元素序号转化为文件描述符对应的个数 } return max;}#define BIT(i) (1UL << ((i)&(__NFDBITS-1)))#define MEM(i,m) ((m)+(unsigned)(i)/__NFDBITS)#define ISSET(i,m) (((i)&*(m)) != 0)#define SET(i,m) (*(m) |= (i))#define POLLIN_SET (POLLRDNORM | POLLRDBAND | POLLIN | POLLHUP | POLLERR)#define POLLOUT_SET (POLLWRBAND | POLLWRNORM | POLLOUT | POLLERR)#define POLLEX_SET (POLLPRI)int do_select(int n, fd_set_bits *fds, long *timeout){ //poll_table类型结构在下面有解释说明 poll_table table, *wait; int retval, i, off; long __timeout = *timeout; read_lock(¤t->files->file_lock); //计算所监听的文件描述符在位图中的最大的序号是多少，高于这个序号的文件描述符都与本次操作无关 //max_select_fd定义在上面 retval = max_select_fd(n, fds); read_unlock(¤t->files->file_lock); if (retval < 0) return retval; n = retval; //当一个进程要进入睡眠，而想要某个设备的驱动程序在设备的状态发生变化时将其唤醒，就要准备一个wait_queue_t数据结构，并将这个数据结构挂入目标设备的某个等待队列中。而wait_queue_t就封装在poll_table类型结构中 //初始化poll_table类型结构变量，将table成员置为NULL，error成员置为0 poll_initwait(&table); wait = &table; if (!__timeout) wait = NULL; retval = 0; //进入for循环，直到所监听的事件就绪，或指定的睡眠等待时间到期，或者当前进程收到了信号时才会结束 for (;;) { set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //将当前进程的状态置为可中断阻塞，即当前进程将会进入浅睡眠状态 //内层for循环中，对所要监视的文件描述符对应的位图进行一次扫描 for (i = 0 ; i < n; i++) { unsigned long bit = BIT(i); unsigned long mask; struct file *file; off = i / __NFDBITS; //将文件描述符的个数i转化为位图中所对应的元素下标off if (!(bit & BITS(fds, off))) //如果三种位图的某一位为1，就对相应的文件描述符做一次询问 continue; file = fget(i); mask = POLLNVAL; //文件的具体询问方式和其类型有关，即是通过file_operations数据结构中的函数指针poll进行的。关于poll操作将会在另一篇文章中总结。。 if (file) { mask = DEFAULT_POLLMASK; if (file->f_op && file->f_op->poll) mask = file->f_op->poll(file, wait); fput(file); } //retval记录一共有几个事件就绪 //将询问的输入结果汇集到fds所指的fd_set_bits变量中 if ((mask & POLLIN_SET) && ISSET(bit, __IN(fds,off))) { SET(bit, __RES_IN(fds,off)); retval++; //记录一共有多少个事件就绪 wait = NULL; } //将询问的输出结果汇集到fds所指的fd_set_bits变量中 if ((mask & POLLOUT_SET) && ISSET(bit, __OUT(fds,off))) { SET(bit, __RES_OUT(fds,off)); retval++; //记录一共有多少个事件就绪 wait = NULL; } //将询问的异常结果汇集到fds所指的fd_set_bits变量中 if ((mask & POLLEX_SET) && ISSET(bit, __EX(fds,off))) { SET(bit, __RES_EX(fds,off)); retval++; //记录一共有多少个事件就绪 wait = NULL; } } wait = NULL; //对所有的文件描述符进行询问后，检查是否有事件就绪、睡眠等待时间超时、接收到了信号，如果有条件满足，就不会再进入睡眠状态，直接结束大循环 //统计好就绪事件后，此时retval不为0，从break跳出，结束大循环 if (retval || !__timeout || signal_pending(current)) break; //检查是否出错，如果出错，也不会进入睡眠状态，直接结束大循环 if(table.error) { retval = table.error; break; } //进入睡眠状态，被唤醒后再进行一次扫描询问 //除第一次以外，以后都是在进程被唤醒时才执行一遍循环，从本质上讲是一种do-while循环 __timeout = schedule_timeout(__timeout); } current->state = TASK_RUNNING; //设置当前进程的状态为运行态 //将所有进程对应的wait_queue_t结构从各个等待队列中删除 //poll_freewait定义在下面 poll_freewait(&table); /* * Up-to-date the caller timeout. */ *timeout = __timeout; return retval; //返回就绪事件的总数}static void *select_bits_alloc(int size){ return kmalloc(6 * size, GFP_KERNEL); //通过kmalloc分配6个位图}static void select_bits_free(void *bits, int size){ kfree(bits);}/* * We can actually return ERESTARTSYS instead of EINTR, but I'd * like to be certain this leads to no problems. So I return * EINTR just for safety. * * Update: ERESTARTSYS breaks at least the xview clock binary, so * I'm trying ERESTARTNOHAND which restart only when you want to. */#define MAX_SELECT_SECONDS \ ((unsigned long) (MAX_SCHEDULE_TIMEOUT / HZ)-1)//n表示调用时的参数表中一共有多少个位图，即需要监听的文件描述符最大值，一般为最大值加1//fd_set类型结构在下面有解释说明//fd_set表示已打开文件的位图，位图的每一位都代表着当前进程的一个已打开文件，根据其结构定义得知，select最多可以监听1024个文件描述符//timeval类型结构在下面有解释说明//tvp表示睡眠等待的最长时间，如果为0则表示立即返回，如果为NULL则表示阻塞等待，直到所监听的事件就绪asmlinkage longsys_select(int n, fd_set *inp, fd_set *outp, fd_set *exp, struct timeval *tvp){ //fd_set_bits类型结构在下面有解释说明 //其中分别保存了3种位图的要求和结果 fd_set_bits fds; char *bits; long timeout; int ret, size; timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT; if (tvp) { time_t sec, usec; //将所需数据数据从用户空间拷贝到内核空间 if ((ret = verify_area(VERIFY_READ, tvp, sizeof(*tvp))) || (ret = __get_user(sec, &tvp->tv_sec)) || (ret = __get_user(usec, &tvp->tv_usec))) goto out_nofds; ret = -EINVAL; if (sec < 0 || usec < 0) goto out_nofds; if ((unsigned long) sec < MAX_SELECT_SECONDS) { timeout = ROUND_UP(usec, 1000000/HZ); timeout += sec * (unsigned long) HZ; } } ret = -EINVAL; if (n < 0) goto out_nofds; //判断文件描述符数量有没有超过最大值 if (n > current->files->max_fdset) n = current->files->max_fdset; /* * We need 6 bitmaps (in/out/ex for both incoming and outgoing), * since we used fdset we need to allocate memory in units of * long-words. */ ret = -ENOMEM; size = FDS_BYTES(n); //select_bits_alloc定义在上面 //一共分配6个位图 bits = select_bits_alloc(size); //为要求和结果，一共6个位图初始化 if (!bits) goto out_nofds; fds.in = (unsigned long *) bits; fds.out = (unsigned long *) (bits + size); fds.ex = (unsigned long *) (bits + 2*size); fds.res_in = (unsigned long *) (bits + 3*size); fds.res_out = (unsigned long *) (bits + 4*size); fds.res_ex = (unsigned long *) (bits + 5*size); //将3个要求位图从用户空间复制到内核空间中的fds的要求位图 if ((ret = get_fd_set(n, inp, fds.in)) || (ret = get_fd_set(n, outp, fds.out)) || (ret = get_fd_set(n, exp, fds.ex))) goto out; //将内核空间的fds的结果位图初始化为0 zero_fd_set(n, fds.res_in); zero_fd_set(n, fds.res_out); zero_fd_set(n, fds.res_ex); //好戏开始。。。do_select定义在上面。。。→_→ // ret记录就绪事件的总数 ret = do_select(n, &fds, &timeout); if (tvp && !(current->personality & STICKY_TIMEOUTS)) { time_t sec = 0, usec = 0; if (timeout) { sec = timeout / HZ; usec = timeout % HZ; usec *= (1000000/HZ); } put_user(sec, &tvp->tv_sec); put_user(usec, &tvp->tv_usec); } if (ret < 0) goto out; if (!ret) { ret = -ERESTARTNOHAND; if (signal_pending(current)) goto out; ret = 0; } //将3个结果位图的内容复制到用户空间中 set_fd_set(n, inp, fds.res_in); set_fd_set(n, outp, fds.res_out); set_fd_set(n, exp, fds.res_ex);out: select_bits_free(bits, size); //释放要求和结果位图的6个位图的空间out_nofds: return ret; //返回就绪事件的总数}// linux-2.4.0\include\linux\\Poll.h//记录要求的3个位图和结果的3个位图typedef struct { unsigned long *in, *out, *ex; //要求 unsigned long *res_in, *res_out, *res_ex; //结果} fd_set_bits;//linux-2.4.0\include\linux\Time.hstruct timeval { time_t tv_sec; /* 秒数 seconds */ suseconds_t tv_usec; /* 微秒数 microseconds */};//fd_set类型的定义//linux-2.4.0\include\linux\Posix_types.h#undef __NFDBITS//__NFDBITS的值为32#define __NFDBITS (8 * sizeof(unsigned long))#undef __FD_SETSIZE#define __FD_SETSIZE 1024#undef __FDSET_LONGS//__FDSET_LONGS的值为32#define __FDSET_LONGS (__FD_SETSIZE/__NFDBITS)#undef __FDELT#define __FDELT(d) ((d) / __NFDBITS)#undef __FDMASK#define __FDMASK(d) (1UL << ((d) % __NFDBITS))//因此fd_set实际上是一个具有32个元素的unsigned long类型的数组typedef struct { unsigned long fds_bits [__FDSET_LONGS];} __kernel_fd_set;typedef __kernel_fd_set fd_set;//linux-2.4.0\include\linux\Poll.h//poll_table_page类型结构在下面有解释说明typedef struct poll_table_struct { int error; struct poll_table_page * table;} poll_table;//linux-2.4.0\fs\Select.cstruct poll_table_entry { struct file * filp; wait_queue_t wait; //被封装的wait_queue_t wait_queue_head_t * wait_address; //等待队列的队头};struct poll_table_page { //一个页面用完了就再分配一个，通过next链成一条单链 struct poll_table_page * next; //poll_table_entry类型结构上面有解释说明 //entry总是指向entries中第一个空闲的poll_table_entry结构，根据需要动态的分配entries中的表项 struct poll_table_entry * entry; //表示该数组可以动态地确定大小，实际使用中分配一个页面，页面中能容纳几个poll_table_entry，这个数组就有多大 struct poll_table_entry entries[0]; };//linux-2.4.0\fs\Select.cvoid poll_freewait(poll_table* pt){ struct poll_table_page * p = pt->table; //p指向第一个poll_table_page结构，poll_table_page结构由next成员链成单链 //当p不为NULL时，继续循环 while (p) { struct poll_table_entry * entry; struct poll_table_page *old; entry = p->entry; //entry指向entries中第一个空闲的poll_table_entry结构，entries是一个数组 do { entry--; //entry前移 remove_wait_queue(entry->wait_address,&entry->wait); //将entry表示的wait_queue_t结构从等待队列中删除 fput(entry->filp); } while (entry > p->entries); //判断此entries数组中是否还有元素未删除 old = p; //此时poll_table_page结构中的entries数组中已没有元素，此时old记录当前poll_table_page 结构 p = p->next; //p指向下一个poll_table_page 结构 free_page((unsigned long) old); //释放old所指向的poll_table_page结构页面 }}*哇。。。终于分析完了！！！一会儿直接上poll操作的源码分析和select的应用实例。。。→_→*
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