什么是IO多路復(fù)用
簡(jiǎn)單來說，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。
(相關(guān)資料圖)
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：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)文件滿足要求，select()就直接返回；第2次再進(jìn)行select()的時(shí)候，沒有文件滿足讀寫要求，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FD_XX系列的函數(shù)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(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)類似select()的效果。與select()不同的是，select將要監(jiān)聽的文件描述符分為讀、寫、異常三種，而poll則使用一個(gè)文件描述符集struct pollfd fds[]來管理。
struct pollfd用來描述一個(gè)需要監(jiān)聽的文件描述符，傳參時(shí)傳入struct pollfd類型數(shù)組fds。
參數(shù)說明
| 參數(shù) | 說明 |
|---|---|
| fds | 一個(gè)struct pollfd結(jié)構(gòu)類型的數(shù)組，用于存放需要檢測(cè)其狀態(tài)的文件描述符集； |
| nfds | 用于標(biāo)記數(shù)組fds中的結(jié)構(gòu)體元素的總數(shù)量 |
| timeout | 阻塞的時(shí)間，單位：毫秒；如果timeout==0，那么poll() 函數(shù)立即返回而不阻塞，如果設(shè)置為負(fù)數(shù)，那么poll() 函數(shù)會(huì)一直阻塞下去，直到所檢測(cè)的文件描述符上的感興趣的事件發(fā)生是才返回。 |
返回值：
==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errno0：數(shù)組fds中準(zhǔn)備好讀、寫或出錯(cuò)狀態(tài)的那些文件描述符的總數(shù)量
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：
| 常量 | 說明 |
|---|---|
| POLLIN | 普通或優(yōu)先級(jí)帶數(shù)據(jù)可讀 |
| POLLRDNORM | 普通數(shù)據(jù)可讀 |
| POLLRDBAND | 優(yōu)先級(jí)帶數(shù)據(jù)可讀 |
| POLLPRI | 高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)可讀 |
| POLLOUT | 普通數(shù)據(jù)可寫 |
| POLLWRNORM | 普通數(shù)據(jù)可寫 |
| POLLWRBAND | 優(yōu)先級(jí)帶數(shù)據(jù)可寫 |
| POLLERR | 發(fā)生錯(cuò)誤 |
| POLLHUP | 發(fā)生掛起 |
| POLLNVAL | 描述字不是一個(gè)打開的文件 |
poll系統(tǒng)調(diào)用過程
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.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(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。看看有多少個(gè)設(shè)備有事件發(fā)生，然后才返回到應(yīng)用層。
