第8章 Linux设备驱动中的阻塞与非阻塞I/O-轮询操作

8.2　轮询操作

8.2.1　轮询的概念与作用

在用户程序中，select（）和poll（）是与设备阻塞与非阻塞访问息息相关的论题。使用非阻塞I/O的应用程序通常会使用select（）和poll（）系统调用查询是否可对设备进行无阻塞的访问。select（）和poll（）系统调用使设备驱动中的poll（）函数被执行。

8.2.2　应用程序中的轮询编程

一、

应用程序中最广泛用到的是BSD UNIX中引入的select（）系统调用，其原型为：

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

其中readfds、writefds、exceptfds分别是被select（）监视的读、写和异常处理的文件描述符集合，numfds的值是需要检查的号码最高的fd加1。

readfds文件集中的任何一个文件变得可读，select（）返回；同理，writefds文件集中的任何一个文件变得可写，select也返回。

如图8.3所示，第一次对n个文件进行select（）的时候，若任何一个文件满足要求，select（）就直接返回；第2次再进行select（）的时候，没有文件满足读写要求，select（）的进程阻塞且睡眠。由于调用select（）的时候，每个驱动的poll（）接口都会被调用到，实际上执行select（）的进程被挂到了每个驱动的等待队列上，可以被任何一个驱动唤醒。如果FDn变得可读写，select（）返回。

第8章 Linux设备驱动中的阻塞与非阻塞I/O-轮询操作

图8.3　多路复用select（）

timeout参数是一个指向struct timeval类型的指针，它可以使select（）在等待timeout时间后若仍然没有文件描述符准备好则超时返回。struct timeval数据结构的定义如代码清单8.7所示。

代码清单8.7　timeval结构体定义

struct timeval {
int tv_sec; /* 秒 */
int tv_usec; /* 微秒 */

};

下列操作用来设置、清除、判断文件描述符集合：

1、

FD_ZERO(fd_set *set)

清除一个文件描述符集合；

2、

FD_SET(int fd,fd_set *set)

将一个文件描述符加入文件描述符集合中；

3、

FD_CLR(int fd,fd_set *set)

将一个文件描述符从文件描述符集合中清除；

4、

FD_ISSET(int fd,fd_set *set)

判断文件描述符是否被置位。

二、

poll（）的功能和实现原理与select（）相似，其函数原型为：

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

当多路复用的文件数量庞大、I/O流量频繁的时候，一般不太适合使用select（）和poll（），这种情况下，select（）和poll（）的性能表现较差，宜使用epoll。epoll的最大好处是不会随着fd的数目增长而降低效率，select（）则会随着fd的数量增大性能下降明显。

8.2.3　设备驱动中的轮询编程

#include <linux/fs.h>

设备驱动中poll（）函数的原型是：

unsigned int(*poll)(struct file * filp, struct poll_table* wait);

第1个参数为file结构体指针，第2个参数为轮询表指针。这个函数应该进行两项工作。

1）对可能引起设备文件状态变化的等待队列调用poll_wait（）函数，将对应的等待队列头部添加到poll_table中。

2）返回表示是否能对设备进行无阻塞读、写访问的掩码。

#include <linux/poll.h>

向poll_table注册等待队列的关键poll_wait（）函数的原型如下：

void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p);

poll_wait（）函数并不会引起阻塞。poll_wait（）函数所做的工作是把当前进程添加到p参数指定的等待列表（poll_table）中，实际作用是让唤醒参数wait_address对应的等待队列可以唤醒因select（）而睡眠的进程。

驱动程序poll（）函数应该返回设备资源的可获取状态，即POLLIN、POLLOUT、POLLPRI、POLLERR、POLLNVAL等宏的位“或”结果。每个宏的含义都表明设备的一种状态，如POLLIN（定义为0x0001）意味着设备可以无阻塞地读，POLLOUT（定义为0x0004）意味着设备可以无阻塞地写。

poll（）函数典型模板

1 static unsigned int xxx_poll(struct file *filp, poll_table *wait)
2 {
3 unsigned int mask = 0;
4 struct xxx_dev *dev = filp->private_data; /* 获得设备结构体指针*/
5
6 ...
7 poll_wait(filp, &dev->r_wait, wait); /* 加入读等待队列 */
8 poll_wait(filp, &dev->w_wait, wait); /* 加入写等待队列 */
9
10 if (...) /* 可读 */
11 mask |= POLLIN | POLLRDNORM; /* 标示数据可获得（对用户可读）*/
12
13 if (...) /* 可写 */
14 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM; /* 标示数据可写入*/
15 ...
16 return mask;
17}

第8章 Linux设备驱动中的阻塞与非阻塞I/O-轮询操作

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