上层要能使用select()和poll()系统调用来监测某个设备文件描述符，那么就必须实现这个设备驱动程序中struct file_operation结构体的poll函数，为什么？
因为这两个系统调用最终都会调用驱动程序中的poll函数来初始化一个等待队列项,然后将其加入到驱动程序中的等待队列头，这样就可以在硬件可读写的时候wake up这个等待队列头，然后等待(可以是多个)同一个硬件设备可读写事件的进程都将被唤醒。
(这个等待队列头可以包含多个等待队列项，这些不同的等待队列项是由不同的应用程序调用select或者poll来监测同一个硬件设备的时候调用file_operation的poll函数初始化填充的)。
下面就以select系统调用分析具体实现，源码路径：fs/select.c。
一、 select()系统调用代码走读
调用顺序如下：sys_select()à core_sys_select()à do_select()à fop->poll()
SYSCALL_DEFINE5(select, int, n, fd_set __user *, inp, fd_set __user *, outp,
fd_set __user *, exp, struct timeval __user *, tvp)
{
struct timespec end_time, *to = NULL;
struct timeval tv;
int ret;
if (tvp) {//如果超时值非NULL
if (copy_from_user(&tv, tvp, sizeof(tv))) //从用户空间取数据到内核空间
return -EFAULT;
to = &end_time;
//得到timespec格式的未来超时时间
if (poll_select_set_timeout(to,
tv.tv_sec + (tv.tv_usec / USEC_PER_SEC),
(tv.tv_usec % USEC_PER_SEC) * NSEC_PER_USEC))
return -EINVAL;
}
ret =core_sys_select(n, inp, outp, exp, to); //关键函数
ret = poll_select_copy_remaining(&end_time, tvp, 1, ret);
/*如果有超时值,并拷贝离超时时刻还剩的时间到用户空间的timeval中*/
return ret; //返回就绪的文件描述符的个数
}
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core_sys_select()函数解析
intcore_sys_select(int n, fd_set __user *inp, fd_set __user *outp,
fd_set __user *exp, struct timespec *end_time)
{
fd_set_bits fds;
/**
typedef struct {
unsigned long *in, *out, *ex;
unsigned long *res_in, *res_out, *res_ex;
} fd_set_bits;
这个结构体中定义的全是指针，这些指针都是用来指向描述符集合的。
**/
void *bits;
int ret, max_fds;
unsigned int size;
struct fdtable *fdt;
/* Allocate small arguments on the stack to save memory and be faster */
long stack_fds[SELECT_STACK_ALLOC/sizeof(long)];
// 256/32 = 8, stack中分配的空间
/**
@ include/linux/poll.h
#define FRONTEND_STACK_ALLOC 256
#define SELECT_STACK_ALLOC FRONTEND_STACK_ALLOC
**/
ret = -EINVAL;
if (n < 0)
goto out_nofds;
/* max_fds can increase, so grab it once to avoid race */
rcu_read_lock();
fdt = files_fdtable(current->files); // RCU ref,获取当前进程的文件描述符表
max_fds = fdt->max_fds;
rcu_read_unlock();
if (n > max_fds)//如果传入的n大于当前进程最大的文件描述符，给予修正
n = max_fds;
/*
* We need 6 bitmaps (in/out/ex for both incoming and outgoing),
* since we used fdset we need to allocate memory in units of
* long-words.
*/
size = FDS_BYTES(n);
//以一个文件描述符占一bit来计算，传递进来的这些fd_set需要用掉多少个字
bits = stack_fds;
if (size > sizeof(stack_fds) / 6) {
//除6，为什么?因为每个文件描述符需要6个bitmaps
/* Not enough space in on-stack array; must use kmalloc */
ret = -ENOMEM;
bits = kmalloc(6 * size, GFP_KERNEL);// stack中分配的太小，直接kmalloc
if (!bits)
goto out_nofds;
}
//这里就可以明显看出struct fd_set_bits结构体的用处了。
fds.in = bits;
fds.out = bits + size;
fds.ex = bits + 2*size;
fds.res_in = bits + 3*size;
fds.res_out = bits + 4*size;
fds.res_ex = bits + 5*size;
// get_fd_set仅仅调用copy_from_user从用户空间拷贝了fd_set
if ((ret = get_fd_set(n, inp, fds.in)) ||
(ret = get_fd_set(n, outp, fds.out)) ||
(ret = get_fd_set(n, exp, fds.ex)))
goto out;
zero_fd_set(n, fds.res_in); //对这些存放返回状态的字段清0
zero_fd_set(n, fds.res_out);
zero_fd_set(n, fds.res_ex);
ret =do_select(n, &fds, end_time); //关键函数，完成主要的工作
if (ret < 0) //有错误
goto out;
if (!ret) { //超时返回，无设备就绪
ret = -ERESTARTNOHAND;
if (signal_pending(current))
goto out;
ret = 0;
}
//把结果集,拷贝回用户空间
if (set_fd_set(n, inp, fds.res_in) ||
set_fd_set(n, outp, fds.res_out) ||
set_fd_set(n, exp, fds.res_ex))
ret = -EFAULT;
out:
if (bits != stack_fds)
kfree(bits); //如果有申请空间，那么释放fds对应的空间
out_nofds:
return ret; //返回就绪的文件描述符的个数
}
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do_select()函数解析：
intdo_select(int n, fd_set_bits *fds, struct timespec *end_time)
{
ktime_t expire, *to = NULL;
struct poll_wqueues table;
poll_table *wait;
int retval, i, timed_out = 0;
unsigned long slack = 0;
rcu_read_lock();
//根据已经设置好的fd位图检查用户打开的fd,要求对应fd必须打开,并且返回
//最大的fd。
retval = max_select_fd(n, fds);
rcu_read_unlock();
if (retval < 0)
return retval;
n = retval;
//一些重要的初始化:
// poll_wqueues.poll_table.qproc函数指针初始化，该函数是驱动程序中poll函数实
//现中必须要调用的poll_wait()中使用的函数。
poll_initwait(&table);
wait = &table.pt;
if (end_time && !end_time->tv_sec && !end_time->tv_nsec) {
wait = NULL;
timed_out = 1; //如果系统调用带进来的超时时间为0，那么设置
// timed_out = 1，表示不阻塞，直接返回。
}
if (end_time && !timed_out)
slack = estimate_accuracy(end_time);//超时时间转换
retval = 0;
for (;;) {
unsigned long *rinp, *routp, *rexp, *inp, *outp, *exp;
inp = fds->in; outp = fds->out; exp = fds->ex;
rinp = fds->res_in; routp = fds->res_out; rexp = fds->res_ex;
//所有n个fd的循环
for (i = 0; i < n; ++rinp, ++routp, ++rexp) {
unsigned long in, out, ex, all_bits, bit = 1, mask, j;
unsigned long res_in = 0, res_out = 0, res_ex = 0;
const struct file_operations *f_op = NULL;
struct file *file = NULL;
//先取出当前循环周期中的32个文件描述符对应的bitmaps
in = *inp++; out = *outp++; ex = *exp++;
all_bits = in | out | ex; //组合一下，有的fd可能只监测读，或者写，
//或者e rr，或者同时都监测
if (all_bits == 0) { //这32个描述符没有任何状态被监测，就跳入
//下一个32个fd的循环中
i += __NFDBITS;//每32个文件描述符一个循环，正好一个long型数
continue;
}
//本次32个fd的循环中有需要监测的状态存在
for (j = 0; j < __NFDBITS; ++j, ++i, bit <<= 1) {//初始bit = 1
int fput_needed;
if (i >= n) // i用来检测是否超出了最大待监测的fd
break;
if (!(bit & all_bits))
continue;// bit每次循环后左移一位的作用在这里，用来
//跳过没有状态监测的fd
file = fget_light(i, &fput_needed); //得到file结构指针，并增加
//引用计数字段f_count
if (file) { //如果file存在
f_op = file->f_op;
mask = DEFAULT_POLLMASK;
if (f_op && f_op->poll) {
wait_key_set(wait, in, out, bit);//设置当前fd待监测
// 的事件掩码
mask = (*f_op->poll)(file, wait);
/*
调用驱动程序中的poll函数，以evdev驱动中的
evdev_poll()为例该函数会调用函数poll_wait(file, &evdev->wait, wait)，继续调用__pollwait()回调来分配一个poll_table_entry结构体，该结构体有一个内嵌的等待队列项，设置好wake时调用的回调函数后将其添加到驱动程序中的等待队列头中。
*/
}
fput_light(file, fput_needed);
//释放file结构指针，实际就是减小他的一个引用
计数字段f_count。
// mask是每一个fop->poll()程序返回的设备状态掩码。
if ((mask & POLLIN_SET) && (in & bit)) {
res_in |= bit; // fd对应的设备可读
retval++;
wait = NULL; //后续有用，避免重复执行__pollwait()
}
if ((mask & POLLOUT_SET) && (out & bit)) {
res_out |= bit; // fd对应的设备可写
retval++;
wait = NULL;
}
if ((mask & POLLEX_SET) && (ex & bit)) {
res_ex |= bit;
retval++;
wait = NULL;
}
}
}
//根据poll的结果写回到输出位图里,返回给上级函数
if (res_in)
*rinp = res_in;
if (res_out)
*routp = res_out;
if (res_ex)
*rexp = res_ex;
/*
这里的目的纯粹是为了增加一个抢占点。
在支持抢占式调度的内核中（定义了CONFIG_PREEMPT），
cond_resched是空操作。
*/
cond_resched();
}
wait = NULL; //后续有用，避免重复执行__pollwait()
if (retval ||timed_out || signal_pending(current))
break;
if (table.error) {
retval = table.error;
break;
}
/*跳出这个大循环的条件有:有设备就绪或有异常(retval!=0),超时(timed_out
= 1),或者有中止信号出现*/
/*
* If this is the first loop and we have a timeout
* given, then we convert to ktime_t and set the to
* pointer to the expiry value.
*/
if (end_time && !to) {
expire = timespec_to_ktime(*end_time);
to = &expire;
}
//第一次循环中，当前用户进程从这里进入休眠，
//上面传下来的超时时间只是为了用在睡眠超时这里而已
//超时，poll_schedule_timeout()返回0；被唤醒时返回-EINTR
if (!poll_schedule_timeout(&table, TASK_INTERRUPTIBLE,
to, slack))
timed_out = 1; /*超时后，将其设置成1，方便后面退出循环返回到上层 */
}
//清理各个驱动程序的等待队列头，同时释放掉所有空出来
//的page页(poll_table_entry)
poll_freewait(&table);
return retval;//返回就绪的文件描述符的个数
}
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本文详细解析了Linux内核中select()系统调用的实现过程，包括核心函数和关键步骤，展示了如何通过select()系统调用监测设备文件描述符的就绪状态。
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