linux内核poll源码剖析.doc-资料库

clearsmoking-2317776-4744302543376614319.doc.pdf-第1页.png

第1页 / 共6页

clearsmoking-2317776-4744302543376614319.doc.pdf-第2页.png

第2页 / 共6页

clearsmoking-2317776-4744302543376614319.doc.pdf-第3页.png

第3页 / 共6页

clearsmoking-2317776-4744302543376614319.doc.pdf-第4页.png

第4页 / 共6页

clearsmoking-2317776-4744302543376614319.doc.pdf-第5页.png

第5页 / 共6页

clearsmoking-2317776-4744302543376614319.doc.pdf-第6页.png

第6页 / 共6页

作者：董昊（要转载的同学帮忙把名字和博客链接 http://donghao.org/uii/带上，多谢了！) poll 和 epoll 的使用应该不用再多说了。当 fd 很多时，使用 epoll 比 poll 效率更高。我们通过内核源码分析来看看到底是为什么。 poll 剖析 poll 系统调用： int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); 内核 2.6.9 对应的实现代码为： [fs/select.c -->sys_poll] 456 asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user * ufds, unsigned int nfds, long /* Do a sanity check on nfds ... */ /* 用户给的 nfds 数不可以超过一个 struct file 结构支持的最大 fd 数（默认是 256）*/ if (nfds > current->files->max_fdset && nfds > OPEN_MAX) /* Careful about overflow in the intermediate values */ if ((unsigned long) timeout < MAX_SCHEDULE_TIMEOUT / HZ) timeout = (unsigned long)(timeout*HZ+999)/1000+1; else /* Negative or overflow */ timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT; 其中 poll_initwait 较为关键，从字面上看，应该是初始化变量 table，注意此处 table 在整个执行 poll 的过程中是很关键的变量。而 struct poll_table 其实就只包含了一个函数指针: [fs/poll.h] 16 /* 17 * structures and helpers for f_op->poll implementations 18 */ 19 typedef void (*poll_queue_proc)(struct file *, wait_queue_head_t *, struct poll_table_struct *); 20 timeout) 457 { 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 struct poll_wqueues table; int fdcount, err; unsigned int i; struct poll_list *head; struct poll_list *walk; return -EINVAL; if (timeout) { } poll_initwait(&table);

21 typedef struct poll_table_struct { 22 23 } poll_table; poll_queue_proc qproc; 现在我们来看看 poll_initwait 到底在做些什么 [fs/select.c] 57 void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address, poll_table *p); 58 59 void poll_initwait(struct poll_wqueues *pwq) 60 { 61 62 63 64 } &(pwq->pt)->qproc = __pollwait; /*此行已经被我“翻译”了，方便观看*/ pwq->error = 0; pwq->table = NULL; 很明显，poll_initwait 的主要动作就是把 table 变量的成员 poll_table 对应的回调函数置为 __pollwait。这个__pollwait 不仅是 poll 系统调用需要，select 系统调用也一样是用这个 __pollwait，说白了，这是个操作系统的异步操作的“御用”回调函数。当然了，epoll 没有用这个，它另外新增了一个回调函数，以达到其高效运转的目的，这是后话，暂且不表。我们先不讨论__pollwait 的具体实现，还是继续看 sys_poll: [fs/select.c -->sys_poll] head = NULL; walk = NULL; i = nfds; err = -ENOMEM; while(i!=0) { struct poll_list *pp; pp = kmalloc(sizeof(struct poll_list)+ sizeof(struct pollfd)* (i>POLLFD_PER_PAGE?POLLFD_PER_PAGE:i), GFP_KERNEL); if(pp==NULL) goto out_fds; pp->next=NULL; pp->len = (i>POLLFD_PER_PAGE?POLLFD_PER_PAGE:i); if (head == NULL) walk = pp; if (copy_from_user(pp->entries, ufds + nfds-i, sizeof(struct pollfd)*pp->len)) { head = pp; else walk->next = pp; err = -EFAULT; goto out_fds; } i -= pp->len; 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 } fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout); 这一大堆代码就是建立一个链表，每个链表的节点是一个 page 大小（通常是 4k），这链表节点由一个指向 struct poll_list 的指针掌控，而众多的 struct pollfd 就通过 struct_list 的 entries

成员访问。上面的循环就是把用户态的 struct pollfd 拷进这些 entries 里。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 系统调用每次都要把所有 struct pollfd 拷进内核，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。最后一句 do_poll，我们跟进去： [fs/select.c-->sys_poll()-->do_poll()] poll_table ** pwait, int *count) int i; for (i = 0; i < num; i++) { int fd; unsigned int mask; struct pollfd *fdp; mask = 0; fdp = fdpage+i; fd = fdp->fd; if (fd >= 0) { mask = DEFAULT_POLLMASK; if (file->f_op && file->f_op->poll) mask = file->f_op->poll(file, *pwait); mask &= fdp->events | POLLERR | POLLHUP; fput(file); struct file * file = fget(fd); mask = POLLNVAL; if (file != NULL) { 395 static void do_pollfd(unsigned int num, struct pollfd * fdpage, 396 397 { 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 } 426 427 static int do_poll(unsigned int nfds, struct poll_list *list, 428 429 { 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 struct poll_list *walk; set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); walk = list; while(walk != NULL) { int count = 0; poll_table* pt = &wait->pt; if (!timeout) pt = NULL; for (;;) { } if (mask) { *pwait = NULL; (*count)++; } } fdp->revents = mask; } struct poll_wqueues *wait, long timeout)

do_pollfd( walk->len, walk->entries, &pt, &count); walk = walk->next; } pt = NULL; if (count || !timeout || signal_pending(current)) break; count = wait->error; if (count) break; 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 } timeout = schedule_timeout(timeout); /* 让 current 挂起，别的进程跑， timeout 到了以后再回来运行 current*/ } __set_current_state(TASK_RUNNING); return count; 注意 438 行的 set_current_state 和 445 行的 signal_pending，它们两句保障了当用户程序在调用 poll 后挂起时，发信号可以让程序迅速推出 poll 调用，而通常的系统调用是不会被信号打断的。纵览 do_poll 函数，主要是在循环内等待，直到 count 大于 0 才跳出循环，而 count 主要是靠 do_pollfd 函数处理。注意标红的 440-443 行，当用户传入的 fd 很多时（比如 1000 个），对 do_pollfd 就会调用很多次，poll 效率瓶颈的另一原因就在这里。 do_pollfd 就是针对每个传进来的 fd，调用它们各自对应的 poll 函数，简化一下调用过程，如下： struct file* file = fget(fd); file->f_op->poll（file, &(table->pt)); 如果 fd 对应的是某个 socket，do_pollfd 调用的就是网络设备驱动实现的 poll；如果 fd 对应的是某个 ext3 文件系统上的一个打开文件，那 do_pollfd 调用的就是 ext3 文件系统驱动实现的 poll。一句话，这个 file->f_op->poll 是设备驱动程序实现的，那设备驱动程序的 poll 实现通常又是什么样子呢？其实，设备驱动程序的标准实现是：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，不然一个不支持异步操作的设备会让人很郁闷）调用 struct poll_table 的回调函数。作为驱动程序的代表，我们看看 socket 在使用 tcp 时的代码： [net/ipv4/tcp.c-->tcp_poll] 329 unsigned int tcp_poll(struct file *file, struct socket *sock, poll_table *wait) 330 { 331 332 333 334 335 unsigned int mask; struct sock *sk = sock->sk; struct tcp_opt *tp = tcp_sk(sk); poll_wait(file, sk->sk_sleep, wait); 代码就看这些，剩下的无非就是判断状态、返回状态值，tcp_poll 的核心实现就是 poll_wait，而 poll_wait 就是调用 struct poll_table 对应的回调函数，那 poll 系统调用对应的回调函数就是 __poll_wait，所以这里几乎就可以把 tcp_poll 理解为一个语句： __poll_wait(file, sk->sk_sleep, wait); 由此也可以看出，每个 socket 自己都带有一个等待队列 sk_sleep，所以上面我们所说的“设备的等待队列”其实不止一个。这时候我们再看看__poll_wait 的实现: [fs/select.c-->__poll_wait()] 89 void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address, poll_table

*_p) 90 { 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 } struct poll_wqueues *p = container_of(_p, struct poll_wqueues, pt); struct poll_table_page *table = p->table; if (!table || POLL_TABLE_FULL(table)) { struct poll_table_page *new_table; new_table = (struct poll_table_page *) __get_free_page(GFP_KERNEL); if (!new_table) { p->error = -ENOMEM; __set_current_state(TASK_RUNNING); return; } new_table->entry = new_table->entries; new_table->next = table; p->table = new_table; table = new_table; } /* Add a new entry */ { struct poll_table_entry * entry = table->entry; table->entry = entry+1; get_file(filp); entry->filp = filp; entry->wait_address = wait_address; init_waitqueue_entry(&entry->wait, current); add_wait_queue(wait_address,&entry->wait); }

__poll_wait 的作用就是创建了上图所示的数据结构（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 current 挂在了设备的等待队列上，此处的等待队列是 wait_address，对应 tcp_poll 里的 sk->sk_sleep。现在我们可以回顾一下 poll 系统调用的原理了：先注册回调函数__poll_wait，再初始化 table 变量（类型为 struct poll_wqueues)，接着拷贝用户传入的 struct pollfd（其实主要是 fd），然后轮流调用所有 fd 对应的 poll（把 current 挂到各个 fd 对应的设备等待队列上）。在设备收到一条消息（网络设备）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 current 便被唤醒了。current 醒来后离开 sys_poll 的操作相对简单，这里就不逐行分析了。

资料库

linux内核poll源码剖析.doc

相关推荐

操作系统

热门标签

最新资料