1. poll 机制

本篇主要是进行 poll 内核实现，调用流程的分析。

1.1 sys_poll 分析

应用程序调用 poll() 后，经过 SWI 的处理后，最终会进入内核的 sys_poll() 函数：

asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,long timeout_msecs)

这个函数有两个部分：

第一部是将应用程序传递下来的时间（poll的第三个参数timespec），从毫秒单位转为节拍单位。

s64 timeout_jiffies;if (timeout_msecs > 0) {#if HZ > 1000/* We can only overflow if HZ > 1000 */if (timeout_msecs / 1000 > (s64)0x7fffffffffffffffULL / (s64)HZ)timeout_jiffies = -1;else
#endiftimeout_jiffies = msecs_to_jiffies(timeout_msecs);} else {/* Infinite (< 0) or no (0) timeout */timeout_jiffies = timeout_msecs;}

第二部分是调用 do_sys_poll(ufds, nfds, &timeout_jiffies);

1.2 do_sys_poll 分析

do_sys_poll() 完成的工作有：

将用户空间的传递下来的 pollfds 链表拷贝到内核空间中，并把每一个 pollfd 封装成一个 poll_list 对象。将所有的 poll_list 对象，串联成一个单链表。

首先会尝试把所有的 poll_list 都存储在 do_sys_poll() 的函数栈中；

如果函数栈无法容纳全部 poll_list，则会在堆中开辟新空间，用来存储多出来的 poll_list；
创建一个 struct poll_wqueues table 对象。
```
struct poll_wqueues {poll_table pt;struct poll_table_page * table;int error;int inline_index;struct poll_table_entry inline_entries[N_INLINE_POLL_ENTRIES];
};
```
调用 poll_initwait() 函数，初始化该对象。poll_initwait() 会调用 init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); 初始化 poll_table；
```
static inline void init_poll_funcptr(poll_table *pt, poll_queue_proc qproc)
{pt->qproc = qproc;
}
```
最终在 poll_table 中保存一个指向 __pollwait 的指针函数。
接着调用 do_poll()；

1.3 do_poll 分析

接下来对 do_poll() 进行详细分析：

static int do_poll(unsigned int nfds,  struct poll_list *list,struct poll_wqueues *wait, s64 *timeout)
{/* ...省略... */ for (;;) {/* ...省略...*/for (walk = list; walk != NULL; walk = walk->next) {/* ...省略...*/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)) {/* 如果驱动程序的poll返回非零，说明有事件发生，那么count++ */count++; pt = NULL;}}}/* 被唤醒的pfd个数大于零、或超时、或接受到了信号退出 */if (count || !*timeout || signal_pending(current))break;/* ...省略...*//* 进入休眠，* 如果休眠结束仍然没有事件发生，会再次执行一次for循环* 当在此到达上面的条件时，超时退出。*/__timeout = schedule_timeout(__timeout);/* ...省略...*/return count;   /* 有事件的fd个数 */
}

do_poll() 的核心代码，是对每一个 poll_list 对象，都对其调用一次 do_pollfd()；

do_pollfd() 的定义如下：

static inline unsigned int do_pollfd(struct pollfd *pollfd, poll_table *pwait)
{/* ...省略... */if (fd >= 0) {/* ...省略... */if (file != NULL) {/* ...省略... */file = fget_light(fd, &fput_needed);if (file->f_op && file->f_op->poll)mask = file->f_op->poll(file, pwait);/* Mask out unneeded events. */mask &= pollfd->events | POLLERR | POLLHUP;/* ...省略... */
}

该函数完成的工作是通过 pollfd 中的 fd，获取到文件描述所对应的文件 file 对象。

接着通过文件对象的 file_operations 操作结构体，调用 file_operations 的 .poll 成员，从而访问到驱动的实现的 .poll 函数；

1.4 驱动程序的 .poll 函数

以 s3c2440 为例，一般驱动程序中会调用 poll_wait 函数；

static unsigned s3c2440_buttons_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{unsigned int mask = 0;poll_wait(file, &button_waitq, wait);if (ev_press)mask |= POLLIN | POLLRDBAND;return mask;
}

poll_wait 的原型定义如下：

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 就是我们前面提到的 __pollwait 函数。

__pollwait 的原型如下：

static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,poll_table *p)
{struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(p);   /* 获取entry */if (!entry)return;get_file(filp);entry->filp = filp;entry->wait_address = wait_address;/* 将当前进程挂载到等待队列上 */init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);  add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);
}

获取entry。entry的定义如下：

struct poll_table_entry {struct file * filp;wait_queue_t wait;wait_queue_head_t * wait_address;
};

设置当前进程，对 filp 这个文件“感兴趣”。后续，等这个文件有可操作事件发生时，会唤醒当前进程进行操作；
add_wait_queue() 将当前进程挂载到 wait_address 等待队列上；

完成了上面的操作后，当前进程就被挂载到所有感兴趣的文件描述符的等待队列上。

接着 do_poll 会调用 schedule_timeout 使进程进入休眠状态；

当文件描述符上有事件发生时，进程就会被唤醒，从而再次执行一次 do_poll 中的 for 循环，这时 s3c2440_buttons_poll 中就根据 ev_press 的值，设置 mask 为大于零，从而使得 do_pollfd 返回 count 非零。

2. 补充说明节拍

通过 msecs_to_jiffies()可以将毫秒时间转换为以节拍做单位。

poll的timespec将其转为节拍，内核就可以在当前节拍（base）基础上poll的节拍作为offset，算出一个poll超时时的节拍，当节拍次数达到这个base+offset时，就可以判断poll时间超时，就会触发应用程序poll的超时返回。

在Linux内核中使用全局变量 jiffies 记录自系统启动以来产生的节拍的总次数。内核启动后会将 jiffies 初始化为零，此后，每次时钟中断处理程序都会增加该变量的值。而一秒内时钟中断的次数会等于 HZ 数，所以 jiffies 一秒内增加的值就为 HZ。

如果系统运行时间以秒为单位计算，那么也就是等于 $ 系统运行的总时间 = jiffies / HZ $

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