IO复用——poll机制内核源代码剖析

*select内核源代码已经剖析了，但是有个问题还没有解决。。。面对每一种文件描述符如何进行查询？这就和poll机制有关了。。。这篇就来看看poll机制内核源代码。。。→_→*

了解select底层实现请戳传送门——IO复用——select内核源代码剖析

每一个进程都会有一个与之对应的files_struct结构，files_struct结构中存储着该进程打开的文件的集合

struct files_struct {    atomic_t count;    rwlock_t file_lock;    int max_fds;    int max_fdset;    int next_fd;    struct file ** fd;  /* current fd array */ //fd指向fd_array    fd_set *close_on_exec;    fd_set *open_fds;    fd_set close_on_exec_init;    fd_set open_fds_init;    struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; //记录该进程打开文件的数组集合};

每一个文件都有与之对应的file_operations类型的文件操作方法

//linux-2.4.0\include\linux\Fs.hstruct file {    struct list_head    f_list;    struct dentry       *f_dentry; //dentry结构中的d_inode结构中记录着本文件的等待队列，即监听本文件的进程对应的wait_queue_t结构    struct vfsmount         *f_vfsmnt;    struct file_operations  *f_op; //这是很关键的部分，它决定了poll机制是否可用    atomic_t        f_count;    unsigned int        f_flags;    mode_t          f_mode;    loff_t          f_pos;    unsigned long       f_reada, f_ramax, f_raend, f_ralen, f_rawin;    struct fown_struct  f_owner;    unsigned int        f_uid, f_gid;    int         f_error;    unsigned long       f_version;    /* needed for tty driver, and maybe others */    void            *private_data;};

对文件的操作方法有很多种，而每一种实现在机制上都使用回调函数的方法，其中就包括一种poll操作的回调函数

//linux-2.4.0\include\linux\Fs.hstruct file_operations {    struct module *owner;    loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);    ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);    ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);    int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);    unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); //poll操作所对应的回调函数，函数的具体实现和文件的类型有关，如果文件不支持poll操作也就无法在select中使用    int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);    int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);    int (*open) (struct inode *, struct file *);    int (*flush) (struct file *);    int (*release) (struct inode *, struct file *);    int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);    int (*fasync) (int, struct file *, int);    int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);    ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);    ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);};

在每一种文件的poll操作回调函数中都会调用有poll_wait函数，目的是将监听本文件的进程的对应wait_queue_t结构，添加进本文件的等待队列中

//linux-2.4.0\arch\i386\math-emu\Poly.h//wait_address记录着本文件的等待队列队头的地址//p指向该进程的poll_table结构extern inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p){    if (p && wait_address)         __pollwait(filp, wait_address, p);}

//linux-2.4.0\arch\i386\math-emu\Poly.hvoid __pollwait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p){    //table记录当前进程由poll_table_page结构组成的单链的第一个可用结点    struct poll_table_page *table = p->table;    //如果单链不存在或所有poll_table_page结构的页面都被poll_table_entry结构使用，即没有空闲空间时    if (!table || POLL_TABLE_FULL(table)) {        struct poll_table_page *new_table;        //为其分配一个新的页面，扩充其容量        new_table = (struct poll_table_page *) __get_free_page(GFP_KERNEL);        if (!new_table) {            p->error = -ENOMEM;            __set_current_state(TASK_RUNNING);            return;        }        //设置新poll_table_page结构页面的第一个可用poll_table_entry结构为poll_table_entry结构数组的第一个元素        new_table->entry = new_table->entries;        //poll_table_page结构页面的单链表进行更新        new_table->next = table;        //当前进程的poll_table结构成员进行更新        p->table = new_table;        table = new_table;    }    /* Add a new entry */    {        //获取当前进程的第一个空闲poll_table_entry结构        struct poll_table_entry * entry = table->entry;        //更新第一个空闲poll_table_entry结构        table->entry = entry+1;        //对该文件的引用计数加1        get_file(filp);        //将此poll_table_entry结构的filp成员设置为该文件        entry->filp = filp;        //将此poll_table_entry结构的wait_address成员，即等待队列的队头设置为该文件的等待队列的队头        entry->wait_address = wait_address;        //将此poll_table_entry结构的wait成员，即每个进程对应的wait_queue_t结构，将其中的task_struck结构设置为当前进程的task_struck        //init_waitqueue_entry定义在下面        init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);        //将该进程对应的wait_queue_t结构链入该文件的等待队列中        //add_wait_queue定义在下面        add_wait_queue(wait_address,&entry->wait);    }}

//linux-2.4.0\include\linux\Wait.h//在init_waitqueue_entry中，将wait_queue_t结构中p设置为指向当前进程task_struck结构，所以当驱动设备唤醒该文件的等待队列中每一个wait_queue_t结构对应的进程时，就可以从wait_queue_t结构中的p成员找到进程的task_struck结构static inline void init_waitqueue_entry(wait_queue_t *q,                 struct task_struct *p){#if WAITQUEUE_DEBUG    if (!q || !p)        WQ_BUG();#endif    q->flags = 0; //wait_queue_t结构的flags置为0    q->task = p;//wait_queue_t结构的p设置为指向当前进程的task_struck结构#if WAITQUEUE_DEBUG    q->__magic = (long)&q->__magic;#endif}

//linux-2.4.0\kernel\Fork.cvoid add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t * wait){    unsigned long flags;    wq_write_lock_irqsave(&q->lock, flags);    wait->flags = 0; //wait_queue_t结构的flags置为0    __add_wait_queue(q, wait);//将该进程对应的wait_queue_t结构链入该文件的等待队列中    wq_write_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);}

通过对Linux内核源代码的剖析，我们对poll机制已经有了深入地了解，现在我们再回到select中，解决最后的问题

//linux-2.4.0\fs\Select.c（部分截取）    ......    for (;;) {        set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);        for (i = 0 ; i < n; i++) {            unsigned long bit = BIT(i);            unsigned long mask;            struct file *file; //记录文件结构体            off = i / __NFDBITS;            if (!(bit & BITS(fds, off)))                continue;            file = fget(i); //利用文件描述符从该进程打开的文件描述符数组中，获取对应的文件结构体            mask = POLLNVAL;            if (file) {                mask = DEFAULT_POLLMASK;                //此时需要判断该文件是否支持操作和poll操作                if (file->f_op && file->f_op->poll)                    //如果支持，就调用该类型文件的poll操作所对应的回调函数，并传入该文件结构体和该进程所对应的wait_queue_t结构，mask记录返回值                    //这一操作就是在剖析select时提到的查询，所以真正的查询由poll回调函数完成                    mask = file->f_op->poll(file, wait);                fput(file);            }            if ((mask & POLLIN_SET) && ISSET(bit, __IN(fds,off))) {                SET(bit, __RES_IN(fds,off));                retval++;                wait = NULL;            }            if ((mask & POLLOUT_SET) && ISSET(bit, __OUT(fds,off))) {                SET(bit, __RES_OUT(fds,off));                retval++;                wait = NULL;            }            if ((mask & POLLEX_SET) && ISSET(bit, __EX(fds,off))) {                SET(bit, __RES_EX(fds,off));                retval++;                wait = NULL;            }        }        wait = NULL;        if (retval || !__timeout || signal_pending(current))            break;        if(table.error) {            retval = table.error;            break;        }        __timeout = schedule_timeout(__timeout);    }    ......

*下一篇就来总结epoll喽。。。睡觉。。。→_→*