poll() 그리고 poll_wait()

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개요 🔗

업무 중에 카메라 드라이버에 관련된 이슈를 보다가 poll()과 poll_wait()이 지속적으로 사용되는 것을 볼 수 있었다. 이슈에 관련된 커널이 다소 오래되었기에 살펴보아야 하는 드라이버 코드도 레거시에 가까웠지만 poll을 이용하여 디바이스 드라이버의 인터럽트를 처리하는 것으로 확인하여 관련 내용을 정리하고자 한다.

리눅스 커널에서 제공하는 poll 함수에 대해서 원문으로 작성된 여러 출처들이 있었지만 아무래도 처음부터 원문을 읽고 이해하기에는 다소 어려움이 있었다. falinux에 작성된 문서를 기반으로 아래와 같이 개념적인 내용만 재정리하는 방식으로 포스팅을 작성하려 한다.

poll()과 select() 🔗

non-blocking I/O를 사용하는 유저 레벨 애플리케이션은 종종 poll() 과 select() 시스템 콜을 사용한다. poll, select는 기본적으로 같은 기능을 한다. 둘 다 blocking 없이 하나 이상의 파일들을 읽거나 쓸 수 있도록 프로세스가 결정할 수 있도록 한다. 이러한 특성으로 인해 블로킹 없이 input 또는 output 스트림을 사용해야 하는 애플리케이션에서 종종 사용된다. select와 poll은 같은 기능이지만 각각 BSD Unix, System V solution이라는 두 개 그룹에서 구현되면서 각기 다른 이름을 가지게 되었다.

2.x 리눅스 커널에서는 select를 모델로 한 디바이스 모델 기반이었지만 2.1.23 버전으로 되면서 poll 시스템 콜이 새롭게 소개되었다.

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unsigned int (*poll) (struct file *, poll_table *);

동작 방식 🔗

(사용자) 애플리케이션에서는 poll 함수를 이용해 디바이스 장치 노드파일의 파일 연산으로 정의된 poll 인터페이스를 호출한다.

아래의 예제 코드를 보면 직관적으로 동작 시나리오가 와닿을 것이다. 먼저, 애플리케이션의 코드를 먼저 살펴보자.

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struct pollfd
{
	int fd;		    // 파일 디스크립터 번호를 등록한다.
	short events;	// 요구하는 이벤트
	short revents;	// 반환된 이벤트

}

#include <sys/poll.h>

int main( int argc, char **argv )
{
	int 	fd1,fd2;
	int	retval;
	struct pollfd Events[2];

	fd1 = open("디바이스1", O_RDWR | O_NOCTTY );
	fd2 = open("디바이스2", O_RDWR | O_NOCTTY );

	memset ( Events, 0 ,sizeof(Events) );

	Events[0].fd = fd1;
	Events[0].events = POLLIN | POLLERR;
	Events[1].fd = fd2;
	Events[1].events = POLLOUT;

	while( 1 )
	{
		retval = poll( (struct pollfd *)&Events, 2, 5000);

		if( retval < 0 )
			printf("poll err\n");
		else if( 0 == retval )
			printf("No event!!\n")l
		else
		{
			if( POLLERR & Events[0].revents )
				printf("장치 에러\n");
			else if( POLLIN & Events[0].revents )
			{
				read(fd1, ~,~);
			}
			else if (POLLOUT & Events[1].revents )
			{
				write(fd2, ~, ~);
			}
		}
	}

	close(fd1);
	close(fd2);
}

위 예제는 출처에 작성된 예제 코드 그대로이다. 장치 노드를 open 시스템 콜을 통해 파일 디스크립터 형태로 받아놓고 해당 파일 디스크립터를 poll 함수에 넘겨 디바이스 드라이버에 정의되어 있는 poll 함수를 호출하는 방식이다. 이 때, 디바이스 드라이버에서 poll 요청을 어떻게 처리하는냐에 따라, 그리고 해당 디바이스에 대한 이벤트에 따라 poll의 반환값이 달라지게 된다.

그렇다면, 디바이스 드라이버 내에서는 어떤 방식으로 구현되는지 아래 코드를 살펴보자.

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struct file_operations kerneltimer_fops =
{
       .owner   = THIS_MODULE,
       .read    = kerneltimer_read,
       .write   = kerneltimer_write,
       .poll    = kerneltimer_poll,
       .open    = kerneltimer_open,
       .release = kerneltimer_release,
};

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(WaitQueue_Read);
unsigned int XXX_poll( struct file *file, poll_tablr *wait)
{
	int mask = 0;

	poll_wait( file, &WaitQueue_Read, wait );
	if( 쓰기 가능 ) mask |= (POLLIN | POLLRDNORM );

	return mask;
}

디바이스 드라이버는 읽기나 쓰기가 가능해지면 이에 따라 깨어나 디바이스 드라이버에 맞는 수행을 하게 되는데, 이러한 이벤트에 따라 동작 시나리오를 구현하기 위해 디바이스 드라이버 내에 poll 함수를 등록해두어야 한다.

poll() 함수를 호출하는 애플리케이션에서 커널이 주기적으로 어떤 이벤트를 모니터링 할지를 디바이스 드라이버에 전달해주면, 디바이스 드라이버에서는 해당 이벤트가 발생할 때까지 기다리다가, ISR 등으로 인해 디바이스 드라이버의 poll_wait 이 풀리게 되면 poll() 호출로 sleep 상태에 있던 프로세스를 깨우게 된다.

이러한 poll 시스템 콜이 필요한 이유는 디바이스 드라이버에서 입출력에 필요한 데이터가 준비될 때까지 프로세서가 대기하지 않도록 하기 위함이다.

애플리케이션은 디바이스 드라이버에게 “A, B, C 사건이 일어날 때 알려줘. 그 때까지 좀 잘게” 라고 말하는 것이 poll() 이고, 디바이스 드라이버는 해당 이벤트가 일어날 때까지 기다리고 있다가 ISR에 의해 이벤트 조건이 충족되면 POLLOUT, POLLIN, POLLERR, POLLWRNORM, … 과 같은 마스킹 정보를 통해 애플리케이션에게 디바이스 드라이버의 데이터가 준비되었음을 알리는 것이 매커니즘의 핵심이다.

출처 🔗

poll poll_wait