Linux驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)筆記：IO多路復(fù)用

什么是IO多路復(fù)用

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是解決能夠同時(shí)操作多個(gè)設(shè)備的方法，及時(shí)處理多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

具體的，是指單線程或單進(jìn)程同時(shí)監(jiān)測(cè)若干個(gè)文件描述符是否可以執(zhí)行IO操作的能力。

IO多路復(fù)用的三種方法

Linux的IO多路復(fù)用有三種方法：select、poll、epoll，且這三種方法都是 系統(tǒng)調(diào)用 。

這里介紹嵌入式中常用的兩種select和poll。

select

相關(guān)接口

/* According to POSIX.1-2001, POSIX.1-2008 */
    #include < sys/select.h >

    /* According to earlier standards */
    #include < sys/time.h >
    #include < sys/types.h >
    #include < unistd.h >

    int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
                fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

    int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
                fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout,
                const sigset_t *sigmask);

    
    int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
    void FD_SET(int fd, fd_set *set);
 void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
    void FD_ZERO(fd_set *set);

select把要監(jiān)視的文件描述符分成三類(lèi)：readfds、writefds、exceptfds`。

readfds是需要進(jìn)行讀操作的文件描述符，writefds是需要進(jìn)行寫(xiě)操作的文件描述符，exceptfds是需要進(jìn)行異常處理的文件描述符。對(duì)于不需要監(jiān)聽(tīng)的，填NULL即可。

第一次對(duì)n個(gè)文件進(jìn)行select()的時(shí)候，若任何一個(gè)文件滿(mǎn)足要求，select()就直接返回；第2次再進(jìn)行select()的時(shí)候，沒(méi)有文件滿(mǎn)足讀寫(xiě)要求，select()的進(jìn)程阻塞且睡眠。示意圖如下：

fd_set是文件描述符組，需要通過(guò)FD_XX系列的函數(shù)來(lái)操作。例如：

FD_ZERO：清空文件描述符組

fd_set writefds;
FD_ZERO(&writefds)

FD_SET：添加一個(gè)文件描述符到組中

FD_CLR：刪除一個(gè)組中的文件描述符

FD_SET(fd, &writefds);//將fd加進(jìn)組中
FD_CLR(fd, &writefds);//將fd從組中刪除

FD_ISSET：檢測(cè)一個(gè)文件描述符是否在組中，我們用這個(gè)來(lái)檢測(cè)一次select調(diào)用之后有哪些文件描述符可以進(jìn)行IO操作

if (FD_ISSET(fd, &readfds)){
  /* fd可讀 */
}

poll

#include < poll.h >
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout)；

poll()函數(shù)也是一個(gè) 系統(tǒng)調(diào)用 ，可實(shí)現(xiàn)類(lèi)似select()的效果。與select()不同的是，select將要監(jiān)聽(tīng)的文件描述符分為讀、寫(xiě)、異常三種，而poll則使用一個(gè)文件描述符集struct pollfd fds[]來(lái)管理。

struct pollfd用來(lái)描述一個(gè)需要監(jiān)聽(tīng)的文件描述符，傳參時(shí)傳入struct pollfd類(lèi)型數(shù)組fds。

參數(shù)說(shuō)明

返回值 ：

• 0：數(shù)組fds中準(zhǔn)備好讀、寫(xiě)或出錯(cuò)狀態(tài)的那些文件描述符的總數(shù)量

• ==0：代表poll超時(shí)
• -1：代表poll函數(shù)調(diào)用失敗，同時(shí)會(huì)自動(dòng)設(shè)置全局變量errno

struct pollfd結(jié)構(gòu)體

struct pollfd{
    int fd; /*文件描述符*/
    short events; /* 等待的需要測(cè)試事件 */
    short revents; /* 實(shí)際發(fā)生了的事件，也就是返回結(jié)果 */
}

events和revents事件值 ：

poll系統(tǒng)調(diào)用過(guò)程

poll系統(tǒng)調(diào)用在內(nèi)核中的入口函數(shù)是sys_poll()，sys_poll()的系統(tǒng)調(diào)用關(guān)系如下：

關(guān)鍵點(diǎn)是在vfs_poll()函數(shù)：

//include/linux/poll.h

static inline __poll_t vfs_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *pt)
{
 if (unlikely(!file- >f_op- >poll))
  return DEFAULT_POLLMASK;
 return file- >f_op- >poll(file, pt);//調(diào)用到驅(qū)動(dòng)中的poll函數(shù)
}

file->f_op->poll(file,pt)會(huì)調(diào)用到驅(qū)動(dòng)中的poll函數(shù).

驅(qū)動(dòng)中poll機(jī)制實(shí)現(xiàn)

驅(qū)動(dòng)中只需要實(shí)現(xiàn)struct file_operations結(jié)構(gòu)體里的poll函數(shù)，代碼如下：

static unsigned int my_poll(struct file *fp, struct poll_table_struct *wait)
{
 unsigned int mask = 0;
    poll_wait(fp, &btn_waitq, wait);//將驅(qū)動(dòng)中的等待隊(duì)列btn_waitq添加進(jìn)等待隊(duì)列表table中
    if(ev_press)
         mask |= POLLIN|POLLRDNORM;
 return mask;
}

static struct file_operations my_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    ......
    .poll = my_poll,
};

應(yīng)用程序調(diào)用poll()時(shí)，內(nèi)核中會(huì)調(diào)用每個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的poll函數(shù)，這些底層函數(shù)都會(huì)調(diào)用poll_wait()將本設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的等待隊(duì)列添加到一個(gè)等待隊(duì)列表中（table）

如果監(jiān)控設(shè)備沒(méi)有事件發(fā)生，在調(diào)用完所有要監(jiān)控設(shè)備驅(qū)動(dòng)的poll函數(shù)后，進(jìn)程會(huì)休眠（table）

如果任何一個(gè)監(jiān)控的設(shè)備有事件發(fā)生，內(nèi)核中的poll又會(huì)重新帶調(diào)用每個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的poll方法?？纯从卸嗌賯€(gè)設(shè)備有事件發(fā)生，然后才返回到應(yīng)用層。