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、poll、epoll，且這三種方法都是 系統調用 。

這里介紹嵌入式中常用的兩種select和poll。

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

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 ：

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.h

static 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。