前言:POLL机制的引入
目的:之前在Linux驱动之按键驱动编写(中断方式)中编写的驱动程序,如果没有按键按下。read函数是永远没有返回值的,现在想要做到即使没有按键按下,在一定时间之后也会有返回值。要做到这种功能,可以使用poll机制。分以下几部来介绍poll机制
1、poll机制的使用,编写测试程序
2、poll机制的调用过程分析
3、poll机制的驱动编写
代码更详细分析参见:Linux驱动之poll机制的理解与简单使用
1. 驱动程序poll机制相关代码
static unsigned forth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;
poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不会立即休眠
if (ev_press)
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
return mask;
}
static struct file_operations sencod_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏,推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
.open = forth_drv_open,
.read = forth_drv_read,
.release = forth_drv_close,
.poll = forth_drv_poll,
};
2、poll机制的调用过程分析-内核
调用框架:
总结以上调用过程:
app程序调用poll函数,kernel调用do_poll函数,该函数内部有一个死循环,调用do_pollfd函数即执行驱动程序中的poll函数。
如果驱动的poll函数返回值不为0则count++,count不为0则返回app函数了。
如果驱动的poll函数返回值为0,且未超时且无信号在等待处理,则休眠。休眠超时后继续在死循环执行。
如果驱动的poll函数返回值为0,且超时或者有信号在等待处理则返回。
以下内容摘抄自韦东山老师编写的《poll机制分析》
asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,
struct timespec __user *tsp, const sigset_t __user *sigmask,
size_t sigsetsize)
{
...
ret = do_sys_poll(ufds, nfds, &timeout);
...
}
该函数对超时参数稍作处理后执行do_sys_poll
。
- do_sys_poll函数同样位于fs/select.c文件中,我们忽略其他代码
int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, s64 *timeout)
{
...
poll_initwait(&table);
...
fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout);
...
}
其中,poll_initwait
函数:初始化一个poll_wqueues类型的变量table
poll_initwait() -> init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); -> pt->qproc = qproc;
即table->pt->table.qproc = __pollwait.
- 其中,
do_poll(nfds, head, &table, timeout);
函数:
分析其中代码,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非0表示04行do_pollfd至少有一个成功。
b.11行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。
- 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);
...
}
其中,const struct file_operations *f_op;
可以看出这里就是调用了驱动程序中注册的poll函数。
3、poll机制的调用过程分析-驱动程序
驱动程序里与poll相关的地方有两处:
- 构造file_opration结构时,要定义自己的poll函数。poll函数中调用
poll_wait(file, &button_waitq, wait);
函数; - 通过poll_wait来调用上面说的__pollwait函数,pollwait代码如下:
static inline 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);
}
p->qproc
函数就是__pollwait
函数那么调用关系变为:__poll_wait(file, &button_waitq, wait)
函数代码如下:
static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,poll_table *p)
{
struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(p);//当前进程file对应的一个入口点entry
if (!entry)
return;
get_file(filp);
entry->filp = filp; //
entry->wait_address = wait_address; //wait_address=button_waitq函数
init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);
add_wait_queue(wait_address, &entry->wait); //把button_waitq函数加入到
}
函数的作用是:把当前进程挂入驱动程序定义的一个队列里(不会休眠)。让进程进入休眠是前面分析的do_poll
函数LINE30 __timeout=schedule_timeout(__timeout)
。
__poll_wait
函数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和do_poll -> do_pollfd -> 驱动程序注册的poll函数后,再调用schedule_timeout进入休眠。
如果驱动程序发现情况就绪(例如有中断处理完成需要app响应),可以把这个队列上挂着的进程唤醒(buttons_irq
函数中的wake_up_interruptible(&button_waitq);
)。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)
,只是需要休眠__timeout
这么长时间。
4.总结poll机制:
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` do_sys_poll > do_poll > do_pollfd > file > f_op > poll`,即驱动程序里自己实现的poll函数。该函数会调用`poll_wait`把自己挂入某个队列,这个队列也是驱动自己定义的:
它还判断设备是否就绪。
3.如果设备未就绪,`do_sys_poll > do_poll`里会让进程休眠一段时间。
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2.中提到的“某个队列”上挂着的进程唤醒。(例如有外部中断出现时,中断服务程序会唤醒进程)
5.如果驱动程序没有去唤醒进程,那么`chedule_timeout(__timeout)`超时后,会在`do_poll`函数中由于`for(;;)`存在死循环代码,所以重复执行2. 3.动作。直到应用程序的poll调用传入的时间到达?
这里不理解,应用程序传入的超时参数是如何实现的?不是通过`chedule_timeout(__timeout)`实现的吗.......?
备注:poll机制可以查询多个驱动程序的状态,如下列do_poll
函数代码:
for (; pfd != pfd_end; pfd++) {
/*
* Fish for events. If we found one, record it
* and kill the poll_table, so we don't
* needlessly register any other waiters after
* this. They'll get immediately deregistered
* when we break out and return.
*/
if (do_pollfd(pfd, pt)) {
count++;
pt = NULL;
}
}
5. 测试程序-poll的用法
- 头文件包含
#include <poll.h>
- 函数调用:
ret = poll(fds, 1, 5000);
参数1:用于指定内核的do_poll
函数代码查询的文件是当前文件
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */
short events; /* requested events */
short revents; /* returned events */
};
struct pollfd fds[1];
fds[0].fd = fd;//用于指定内核的`do_poll`函数代码查询的文件是当前文件
fds[0].events = POLLIN;//POLLIN表示有数据等待读取
参数2:表示查询几个文件?1表示一个文件
参数3:超时时间?单位:ms,5000表示5000ms
返回值:0表示超时返回。
6.执行效果:
如果我们什么都不做,那么每隔5s app中的poll函数都会返回值继续执行下面程序;否则本进程就会休眠。而不像中断机制一样如果没有按键按下就会一直休眠。(裸机理解:类似引入了定时器+外部中断机制)