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Linux驅動學習筆記:IO多路復用

發布時間:2023-06-12 17:35:24        來源:嵌入式Linux充電站

什么是IO多路復用

簡單來說,就是解決能夠同時操作多個設備的方法,及時處理多個設備的數據。

具體的,是指單線程或單進程同時監測若干個文件描述符是否可以執行IO操作的能力。

IO多路復用的三種方法

Linux的IO多路復用有三種方法:select、pollepoll,且這三種方法都是 系統調用。


(相關資料圖)

這里介紹嵌入式中常用的兩種selectpoll。

select

相關接口

/* 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把要監視的文件描述符分成三類:readfds、writefds、exceptfds`。

readfds是需要進行讀操作的文件描述符,writefds是需要進行寫操作的文件描述符,exceptfds是需要進行異常處理的文件描述符。對于不需要監聽的,填NULL即可。

第一次對n個文件進行select()的時候,若任何一個文件滿足要求,select()就直接返回;第2次再進行select()的時候,沒有文件滿足讀寫要求,select()的進程阻塞且睡眠。示意圖如下:

fd_set是文件描述符組,需要通過FD_XX系列的函數來操作。例如:

FD_ZERO:清空文件描述符組

fd_set writefds;FD_ZERO(&writefds)

FD_SET:添加一個文件描述符到組中

FD_CLR:刪除一個組中的文件描述符

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

FD_ISSET檢測一個文件描述符是否在組中,我們用這個來檢測一次select調用之后有哪些文件描述符可以進行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()函數也是一個 系統調用,可實現類似select()的效果。與select()不同的是,select將要監聽的文件描述符分為讀、寫、異常三種,而poll則使用一個文件描述符集struct pollfd fds[]來管理。

struct pollfd用來描述一個需要監聽的文件描述符,傳參時傳入struct pollfd類型數組fds。

參數說明

參數說明
fds一個struct pollfd結構類型的數組,用于存放需要檢測其狀態的文件描述符集;
nfds用于標記數組fds中的結構體元素的總數量
timeout阻塞的時間,單位:毫秒;如果timeout==0,那么poll() 函數立即返回而不阻塞,如果設置為負數,那么poll() 函數會一直阻塞下去,直到所檢測的文件描述符上的感興趣的事件發生是才返回。

返回值

0:數組fds中準備好讀、寫或出錯狀態的那些文件描述符的總數量

==0:代表poll超時-1:代表poll函數調用失敗,同時會自動設置全局變量errno

struct pollfd結構體

struct pollfd{    int fd; /*文件描述符*/    short events; /* 等待的需要測試事件 */    short revents; /* 實際發生了的事件,也就是返回結果 */}

events和revents事件值

常量說明
POLLIN普通或優先級帶數據可讀
POLLRDNORM普通數據可讀
POLLRDBAND優先級帶數據可讀
POLLPRI高優先級數據可讀
POLLOUT普通數據可寫
POLLWRNORM普通數據可寫
POLLWRBAND優先級帶數據可寫
POLLERR發生錯誤
POLLHUP發生掛起
POLLNVAL描述字不是一個打開的文件

poll系統調用過程

poll系統調用在內核中的入口函數是sys_poll()sys_poll()的系統調用關系如下:

關鍵點是在vfs_poll()函數:

//include/linux/poll.hstatic 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);//調用到驅動中的poll函數}

file->f_op->poll(file,pt)會調用到驅動中的poll函數.

驅動中poll機制實現

驅動中只需要實現struct file_operations結構體里的poll函數,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);//將驅動中的等待隊列btn_waitq添加進等待隊列表table中    if(ev_press)         mask |= POLLIN|POLLRDNORM; return mask;}static struct file_operations my_fops = {    .owner = THIS_MODULE,    ......    .poll = my_poll,};

應用程序調用poll()時,內核中會調用每個設備驅動中的poll函數,這些底層函數都會調用poll_wait()將本設備驅動中的等待隊列添加到一個等待隊列表中(table)

如果監控設備沒有事件發生,在調用完所有要監控設備驅動的poll函數后,進程會休眠(table)

如果任何一個監控的設備有事件發生,內核中的poll又會重新帶調用每個設備驅動中的poll方法。看看有多少個設備有事件發生,然后才返回到應用層。

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