跟着韦东山老师学习嵌入式----字符设备驱动程序之poll机制

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.  

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）。

1.poll机制实现按的代码分析

首先看poll机制按键的驱动程序，驱动程序中唯一的区别是添加了 gbfour_drv_poll() 函数：

static unsigned gbfour_drv_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *wait)

{

unsigned int mask = 0;

poll_wait(file, &button_waitq, wait);

if ( ev_press )

{

mask |= POLLIN | POLLRDNORM;

}

return mask;

}

该函数的作用是使进程进入阻塞状态，直到检测到按键中断或者其他信号量，或超时。

按键值读取函数和按键中断处理函数 buttons_irq() 都与没有使用poll机制的按键驱动程序一样。

再看应用层程序。使用poll机制的应用层程序在读取按键钱调用poll函数，是进程进入阻塞状态，当退出阻塞后调用read函数读取按键值。

2.为什么要使用一个 pollfd 结构体类型的数组

因为poll函数的第一个参数就是pollfd结构体类型，来看看这个结构体定义：

    #include <sys/poll.h> 

    int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout); 

    struct pollfd 

    { 

        int fd; /* 想查询的文件描述符. */ 

        short int events; /* fd 上，我们感兴趣的事件*/ 

        short int revents; /* Types of events that actually occurred. */ 

    };

    ufds 指向 struct pollfd 数组 

    nfds 指定 pollfd 数组元素的个数，也就是要监测几个 pollfd

使用这个结构体数组是由poll的处理机制决定的。因为poll内部实现了查询多个设备文件的操作。

3.poll机制的实际效果

与直接使用中断方式实现按键的方式相比，驱动程序中断read函数的实现是一样的。都是休眠等待按键动作，有按键动作后被 buttons_irq() 函数唤醒，然后拷贝按键值到用户空间。本实验中使用poll机制后先使用poll函数让进程进入休眠状态，当poll检测到相应的事件发生后进程退出休眠，如果检测到相应的事件（我们关注的事件是按键中断，而poll也可能因为其他事件而返回，例如超时或其他信号量等待等）。

    static unsigned gbfour_drv_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *wait)

    {

        unsigned int mask = 0;

        poll_wait(file, &button_waitq, wait);

        if ( ev_press )

        {

            mask |= POLLIN | POLLRDNORM;

        }

        return mask;

    }

从这个函数可以看到poll在poll_wait等待结束后根据 ev_press 的值来决定返回的值，而 ev_press 由 buttons_irq() 置位，即表示按键按下。也就是说poll_wait()函数会因为多种原因结束等待，还需要根据 ev_press 来判断是否为按键中断（这样理解也不完全正确，其实在poll_wait()函数中的实际上是知道是那种原因结束等待的）。

poll机制分析
韦东山2009.12.10

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。

一、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);

}

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);

……

}

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)

{

01 ……

02   for (;;){

03 ……

04                   if(do_pollfd(pfd, pt)) {

05                           count++;

06                           pt = NULL;

07                   }

08 ……

09       if(count || !*timeout || signal_pending(current))

10           break;

11       count= wait->error;

12       if(count)

13           break;

14

15       if(*timeout < 0) {

16           /*Wait indefinitely */

17           __timeout= MAX_SCHEDULE_TIMEOUT;

18       }else if (unlikely(*timeout >= (s64)MAX_SCHEDULE_TIMEOUT-1)) {

19           /*

20           * Wait for longer than MAX_SCHEDULE_TIMEOUT. Do it in

21           * a loop

22           */

23           __timeout= MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1;

24           *timeout-= __timeout;

25       }else {

26           __timeout= *timeout;

27           *timeout= 0;

28       }

29

30       __timeout= schedule_timeout(__timeout); // 休眠时间由应用提供

31       if(*timeout >= 0)

32           *timeout+= __timeout;

33   }

34   __set_current_state(TASK_RUNNING);

35   returncount;

36 }

 

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);

……

}

 

可见，它就是调用我们的驱动程序里注册的poll函数。

 

二、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);

}

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);

}
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。

现在来总结一下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。
3. 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”
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“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。
5. 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。

ps:百度百科上的Poll的解释

poll，Linux中的字符设备驱动中有一个函数，Linux 2.5.44版本后被epoll取代。

外文名
poll
作    用
把当前的文件指针挂到等待队列
  

函数编辑

unsigned int (*poll)(struct file * fp, struct poll_table_struct * table)

此函数在系统调用select内部被使用，作用是把当前的文件指针挂到设备内部定义的等待

队列中。这里的参数table可以不考虑，是在select函数实现过程中的一个内部变量。

函数具体实现时：

wait_queue_head_t t = ((struct mydev *)filp->private_data)->wait_queue;

poll_wait(filp, t, table);

return mask;

这里mask可以是：

POLLIN | POLLRDNORM

POLLOUT | POLLWRNORM

等等。

poll()函数：这个函数是某些Unix系统提供的用于执行与select()函数同等功能的函数，下面是这个函数的声明：

#include <poll.h>

int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout)；

参数说明:

fds：是一个struct pollfd结构类型的数组，用于存放需要检测其状态的Socket描述符；每当调用这个函数之后，系统不会清空这个数组，操作起来比较方便；特别是对于socket连接比较多的情况下，在一定程度上可以提高处理的效率；这一点与select()函数不同，调用select()函数之后，select()函数会清空它所检测的socket描述符集合，导致每次调用select()之前都必须把socket描述符重新加入到待检测的集合中；因此，select()函数适合于只检测一个socket描述符的情况，而poll()函数适合于大量socket描述符的情况；

nfds：nfds_t类型的参数，用于标记数组fds中的结构体元素的总数量；

timeout：是poll函数调用阻塞的时间，单位：毫秒；

返回值:

>0：数组fds中准备好读、写或出错状态的那些socket描述符的总数量；

==0：数组fds中没有任何socket描述符准备好读、写，或出错；此时poll超时，超时时间是timeout毫秒；换句话说，如果所检测的socket描述符上没有任何事件发生的话，那么poll()函数会阻塞timeout所指定的毫秒时间长度之后返回，如果timeout==0，那么poll() 函数立即返回而不阻塞，如果timeout==INFTIM，那么poll() 函数会一直阻塞下去，直到所检测的socket描述符上的感兴趣的事件发生是才返回，如果感兴趣的事件永远不发生，那么poll()就会永远阻塞下去；

-1： poll函数调用失败，同时会自动设置全局变量errno；

poll实现功能编辑

poll和select实现功能差不多，但poll效率高，以后要多用poll

poll()接受一个指向结构'struct pollfd'列表的指针，其中包括了你想测试的文件描述符和事件。事件由一个在结构中事件域的比特掩码确定。当前的结构在调用后将被填写并在事件发生后返回。在SVR4(可能更早的一些版本)中的
"poll.h"文件中包含了用于确定事件的一些宏定义。事件的等待时间精确到毫秒 (但令人困惑的是等待时间的类型却是int)，当等待时间为0时，poll()函数立即返回，-1则使poll()一直挂起直到一个指定事件发生。下面是pollfd的结构。

struct pollfd {

int fd; /*文件描述符*/

short events; /* 等待的需要测试事件 */

short revents; /* 实际发生了的事件，也就是返回结果 */

};

与select()十分相似，当返回正值时，代表满足响应事件的文件描述符的个数，如果返回0则代表在规定时间内没有事件发生。如发现返回为负则应该立即查看 errno，因为这代表有错误发生。

如果没有事件发生，revents会被清空，所以你不必多此一举。

poll函数可用的测试值

常量	说明
POLLIN	普通或优先级带数据可读
POLLRDNORM	普通数据可读
POLLRDBAND	优先级带数据可读
POLLPRI	高优先级数据可读
POLLOUT	普通数据可写
POLLWRNORM	普通数据可写
POLLWRBAND	优先级带数据可写
POLLERR	发生错误
POLLHUP	发生挂起
POLLNVAL	描述字不是一个打开的文件

例如fds[0].events = POLLIN; /*将测试条件设置成普通或优先级带数据可读*/

然后 int pollresult = poll(fds,xx,xx); //这样就可以监听fds里面文件描述符了，当满足特定条件就返回，并将结果保存在revents中。