POLL原理分析（RT-Thread源码）

最新推荐文章于 2023-11-21 04:45:00 发布

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本文详细介绍了RTOS中poll函数的工作原理和流程，包括poll的使用、poll_table的初始化、poll_do函数的循环检查、do_pollfd的设备事件检测以及poll_wait_timeout的超时处理。还特别强调了poll_wait_timeout的超时限制和_wqueue_pollwake的唤醒机制。此外，讨论了驱动程序如何配合poll机制以及在实际应用中的注意事项，如避免read堵塞和实现异步write。

1.相关函数

poll测试值

常量	说明	备注
POLLIN	数据可读
POLLRDNORM	普通数据可读
POLLRDBAND	带数据可读
POLLPRI	高优先级数据可读

POLLOUT	数据可写
POLLWRNORM	普通数据可写
POLLWRBAND	带数据可写
错误常量
POLLERR	发生错误
POLLHUP	发生挂起
POLLNVAL	描述字不是一个打开的文件
rtos
POLLMASK_DEFAULT	POLLIN+POLLOUT+POLLRDNORM+POLLWRNORM

1.poll

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout)
{
    int num;
    struct rt_poll_table table;

    poll_table_init(&table);

    num = poll_do(fds, nfds, &table, timeout);

    poll_teardown(&table);

    return num; //返回满足条件的设备数量
}

2.poll_table_init

static void poll_table_init(struct rt_poll_table *pt)
{
    pt->req._proc = _poll_add; //挂接处理函数
    pt->triggered = 0;
    pt->nodes = RT_NULL; //记录满足条件的设备
    pt->polling_thread = rt_thread_self(); //记录执行poll查询的线程（一般为本身）
}

3.poll_do

退出条件：

监听的事件发生
超时

static int poll_do(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, struct rt_poll_table *pt, int msec)
{
    int num;
    int istimeout = 0; //超时标志，也是退出查询的条件之一
    int n;
    struct pollfd *pf;

    if (msec == 0)
    {
        pt->req._proc = RT_NULL;
        istimeout = 1;
    }

    while (1)
    {
        pf = fds;
        num = 0;

        for (n = 0; n < nfds; n ++)
        {
            if (do_pollfd(pf, &pt->req))
            {
                num ++;
                pt->req._proc = RT_NULL; ////如果有一个设备符合监听条件，则清除之后设备的_poll_add的操作，因为poll的目的已达到
            }
            pf ++;
        }

        pt->req._proc = RT_NULL;

        if (num || istimeout) //只要有一个满足条件的设备，即退出
            break;

        if (poll_wait_timeout(pt, msec)) //挂起
            istimeout = 1;
    }

    return num;
}

.do_pollfd

每次查询一个设备fd的监听结果
函数内会根据fd查找相应设备，并暂时获取设备使用权
如果设备的驱动未实现poll函数，则会返回默认的POLLMASK_DEFAULT，保证使用poll的线程不会永久挂起

static int do_pollfd(struct pollfd *pollfd, rt_pollreq_t *req)
{
    int mask = 0;
    int fd;

    fd = pollfd->fd;

    if (fd >= 0)
    {
        struct dfs_fd *f = fd_get(fd); //根据fd查找对应设备，获取使用权
        mask = POLLNVAL;

        if (f)
        {
            mask = POLLMASK_DEFAULT; //如果没有定义poll函数，则由这里保证使用poll的线程不会永久挂起
            if (f->fops->poll)
            {
                req->_key = pollfd->events | POLLERR | POLLHUP;

                mask = f->fops->poll(f, req); //调用底层驱动实现的fops.poll()函数 //尽可能在底层使用清除而不是重新赋值
            }
            /* Mask out unneeded events. */
            mask &= pollfd->events | POLLERR | POLLHUP;
            fd_put(f); //交回设备使用权
        }
    }
    pollfd->revents = mask;

    return mask;
}

5.poll_wait_timeout

本函数一定会挂起poll线程
注意，poll的超时时间不能是-1，即不能永久阻塞！

static int poll_wait_timeout(struct rt_poll_table *pt, int msec)
{
    rt_int32_t timeout;
    int ret = 0;
    struct rt_thread *thread;
    rt_base_t level;

    thread = pt->polling_thread;

    timeout = rt_tick_from_millisecond(msec);

    level = rt_hw_interrupt_disable();

    if (timeout != 0 && !pt->triggered)
    {
        rt_thread_suspend(thread); //主动挂起poll的线程
        if (timeout > 0)
        {
            rt_timer_control(&(thread->thread_timer),
                             RT_TIMER_CTRL_SET_TIME,
                             &timeout);
            rt_timer_start(&(thread->thread_timer));
        }

        rt_hw_interrupt_enable(level);

        rt_schedule();

        level = rt_hw_interrupt_disable();
    }

    ret = !pt->triggered;
    rt_hw_interrupt_enable(level);

    return ret; //0,监听到事件发生/1,未监听到指定事件发生
}

总结：

通过以上函数分析可以发现：

应用线程在调用poll()时，如果do_pollfd()监听到事件发生，则立即清除req->_proc；
如果没有监听到，无论是否设置了超时时间，都会在驱动中添加到等待队列中，等待异步唤醒（需要在驱动中调用req->_proc()）；
如果没有监听到，同时设置了超时时间，则会在所有设备轮询完成后再poll_do()中挂起poll线程；

@rt_timer_start()
RT_ASSERT(timer->init_tick < RT_TICK_MAX / 2);

poll的超时时间不能设置成-1，即永久阻塞（因为poll中调用timer，timer不允许设置过大的超时时间，）；

6._poll_add

此函数需要在驱动fops->poll()中调用，调用方式req->_proc(wq, req);
此函数的主要是挂接唤醒函数，用于异步唤醒。

static void _poll_add(rt_wqueue_t *wq, rt_pollreq_t *req)
{
    struct rt_poll_table *pt;
    struct rt_poll_node *node;

    node = (struct rt_poll_node *)rt_malloc(sizeof(struct rt_poll_node));
    if (node == RT_NULL)
        return;

    pt = rt_container_of(req, struct rt_poll_table, req);

    node->wqn.key = req->_key; //poll的events，监听的事件，do_pollfd中首次监听时被设置
    rt_list_init(&(node->wqn.list));
    node->wqn.polling_thread = pt->polling_thread;
    node->wqn.wakeup = __wqueue_pollwake; //挂接唤醒函数
    node->next = pt->nodes; //链接到poll_table中，单向带头节点的链表
    node->pt = pt;
    pt->nodes = node;
    rt_wqueue_add(wq, &node->wqn); //添加到队列中，用于线程间共享
}

7._wqueue_pollwake

此函数需要在驱动中调用，调用方式rt_wqueue_wakeup( &(dfs->wait_queue), (void *)POLLIN );
rt_wqueue_wakeup()中，在函数中会调用wakeup函数
注意，rt_wqueue_wakeup()会执行这个等待队列多有节点的wakeup函数！

//poll.c
static int __wqueue_pollwake(struct rt_wqueue_node *wait, void *key)
{
    struct rt_poll_node *pn;

    # if (key && !((rt_ubase_t)key & wait->key)) //key继承自rt_wqueue_wakeup()中的key参数
        return -1;

    pn = rt_container_of(wait, struct rt_poll_node, wqn);
    pn->pt->triggered = 1; //置触发标志，用于唤醒后poll设置监听结果

    return __wqueue_default_wake(wait, key); //rt源码中__wqueue_default_wake返回0
}

@waitqueue.c
int __wqueue_default_wake(struct rt_wqueue_node *wait, void *key)
{
    return 0;
}

8.poll_teardown

poll会为每一个没有监听到的设备创建一个rt_wqueue_node类型的等待节点
同一个个poll下的不同设备只有key不同

struct rt_wqueue_node
{
    rt_thread_t polling_thread; //未使用！
    rt_list_t   list; //用于链接成链表

    rt_wqueue_func_t wakeup; //唤醒函数，同一类型的设备一样！
    rt_uint32_t key; //监听的事件
};

static void poll_teardown(struct rt_poll_table *pt)
{
    struct rt_poll_node *node, *next;

    next = pt->nodes;
    while (next)
    {
        node = next;
        rt_wqueue_remove(&node->wqn);
        next = node->next;
        rt_free(node);
    }
}

2.使用注意

1 waitqueue继承自list，初始化只是初始化链表（self.next = self）；
2 poll的超时不能设置成-1，不能永久阻塞。同时超时和timer的范围一样；
3 poll的驱动中尽量对传递下来的pollreq进行清除操作，不要重新创建，因为poll的上层会与pollreq做掩码处理；
4 poll的驱动中不需要再创建waitqueue（poll会创建）；