IO端口复用之poll的底层实现

本文主要是介绍IO端口复用之poll的底层实现，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

介绍

解说中存在一些函数和数据结构，具体出处可以参照上一篇关于select的分析《IO端口复用之select的底层实现》，里面提及了一些储备知识点，本篇不再赘述。

由于tcp过于复杂，取个巧，全篇以udp连接来说明一下，内核版本依旧对应2.6.32。

poll系统调用做了什么

接口说明

poll系统调用接口，一共需要3个参数。

第一个参数是监听集指针ufds（struct pollfd结构类型指针），第二个参数是监听套接字的个数nfds（int类型），最后一个参数是超时事件timeout_msecs（long类型）。

内核中对ufds的定义是：

struct pollfd {

int fd;

short events;

short revents;

};

参数中使用了ufds变量，指向可以存储多个struct pollfd结构的空间，每一份struct pollfd就代表监听的一个套接字，其中的fd成员是套接字文件描述符值，该值理论上不受限制（不过每个进程自身的文件描述符数是受到限制的，再大也不能突破系统的限制，可通过ulimit -n查看，也可以进行修改）。既然ufds指向的是一块空间，理论上可以开辟出来nfds个空间来存储所有要监听的套接字信息，nfds也在理论上不受限制，不过受进程自身的描述符个数影响，可进行配置扩展。

此时，poll与select的第一个显著的不同点出来了，所监听的文件描述符个数是不同的，select限制在1024，而poll是根据进程的文件描述符限定值来确定的。

events用来描述期待监听事件的类型，可通过POLLIN、POLLOUT、POLLERR等进行或运算来赋值。revents代表对应套接字描述符的哪些事件已就绪。

此时，poll与select的第二个显著不同点也出来了，select预期监听集合和结果集合在应用层空间公用了一个，有监听的预期事件到来时，监听集就被拷贝成了结果集，select调用过程中fd_set得来回进行拷贝，而poll中使用了两个不同的变量events与revent来承接的。

内核代码追踪

sys_poll -> do_sys_poll

在do_sys_poll函数中，预开辟了空间stack_pps，其对应结构为struct poll_list类型，用head指针（struct poll_list *类型）指向stack_pps空间。stack_pps是为了承接poll函数传入的ufds，空间可能会不够。do_sys_poll函数在一个循环中，通过循环开辟空间walk（struct poll_list*类型），每次新开辟的walk包括若干个entries（struct pollfd结构），此处的若干个是通过min(剩余未拷贝个数，POLLFD_PER_PAGE)来确定的。并通过链表串联起来：例如head->next = walk。也就是说poll函数传递的参数依次拷贝到了以head为头节点的链表上，每个节点的结构都是struct poll_list类型，里面包括了若干个entries成员，len成员储存着entries的个数。

对比select会发现，select与poll都会开辟空间来存储对应的监听集合，只不过所采用的数据结构不太一样，poll函数稍微会浪费一些。

拷贝完成跳出for循环后，调用do_poll函数。do_poll函数的核心操作是一个循环体for(;;)，在主循环里面遍历所有的walk节点中的每一个entries对象pfd（struct pollfd类型指针），随后调用do_pollfd函数。
在do_pollfd函数中，通过fd得到对应的监听套接字的文件描述符file（struct file类型指针），随后调用f_op->poll函数，socket_file_ops中的poll函数为sock_poll。
在sock_poll函数中，通过file->private_data提取出来sock指针（struct socket结构指针）。而sock中的ops指向的是inet_dgram_ops，执行sock->ops->poll实际上调用了inet_dgram_ops中的poll函数udp_poll。
在udp_poll函数中，调用了datagram_poll函数，在datagram_poll函数中将在函数sock_poll_wait中调用__pollwait，在__pollwait中，将table结构中的entry(struct poll_table_entry结构)里面的wait作为挂载点，挂载到sk->sk_sleep中。在datagram_poll函数中，随后通过skb_queue_empty来判断sk的sk_error_queue(错误队列是否为空)，如果不为空则对mask置POLLERR。随后通过sk的sk_receive_queue是否为空，不为空则对mask置POLLIN。随后调用sock_writeable，通过sk->sk_sndbuf >> 1与sk->sk_wmem_alloc进行比较，如果缓冲区中剩余空间比发送缓冲区的一半还多，则可以继续进行发送，对mask置POLLOUT。
do_pollfd将上述mask清除掉不需要的事件标记，赋值给对应的pfd中的revents成员。
do_poll判断do_pollfd的返回值（返回mask），当有事件到来时，mask非0，使用count进行计数累加。
do_poll随后会调用poll_schedule_timeout函数，并在poll_schedule_timeout中调用了schedule_hrtimeout_range函数，函数会将超时时间通过expires（ktime_t类型，既计算出来的总nsec数）。当超时时间值为0时，则设置当前进程状态为TASK_RUNNING，并返回0。当超时时间为NULL时，此时整个poll是所谓的阻塞状态，此时主动调用schedule进行进程调度，则设置当前进程状态为TASK_RUNNING，并返回-EINTR。后续通过hrtimer来判断阻塞时间，时间到了则返回0。
当返回0时候，do_poll函数中的timeout设置为1，意味着阻塞时间到或者无需阻塞。
在主循环体中，当time_out为1，或者count计数的值大于0时，或者当前进程有信号（signal_pending）需要处理时，do_poll都会跳出主循环体for(;;)返回。