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poll, ppoll - 파일 디스크립터에서 어떤 이벤트 기다리기

#include <poll.h>

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

#define _GNU_SOURCE         /* feature_test_macros(7) 참고 */
#include <signal.h>
#include <poll.h>

int ppoll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds,
        const struct timespec *tmo_p, const sigset_t *sigmask);

poll()은 select(2)와 비슷한 작업을 한다. 즉 한 파일 디스크립터라도 I/O를 수행할 수 있는 상태가 되기를 기다린다.

감시할 파일 디스크립터들의 집합을 fds 인자에서 지정하는데, 다음과 같은 구조체의 배열이다.

struct pollfd {
    int   fd;         /* 파일 디스크립터 */
    short events;     /* 요청한 이벤트 */
    short revents;    /* 반환된 이벤트 */
};

fds의 항목 개수를 호출자가 nfds에 명시해야 한다.

fd 필드는 열린 파일에 대한 파일 디스크립터를 담는다. 이 필드가 음수이면 대응하는 events 필드를 무시하며 revents 필드에 0을 반환한다. (이 점을 이용하면 어떤 파일 디스크립터를 poll() 호출 한 번 동안만 무시하는 걸 간단히 할 수 있다. fd 필드 부호만 바꾸면 된다. 다만 파일 디스크립터 0은 이 기법으로 무시할 수 없다.)

events 필드는 입력 매개변수이며 파일 디스크립터 fd에 대해 응용에서 관심 있는 이벤트들을 나타내는 비트 마스크이다. 이 필드를 0으로 지정할 수도 있으며, 그 경우 revents로 반환될 수 이벤트는 POLLHUP, POLLERR, POLLNVAL뿐이다. (아래 참고.)

revents 필드는 출력 매개변수이며 실제 발생한 이벤트들을 커널에서 채운다. revents로 반환되는 비트들에는 events에 지정한 비트들이, 그리고 값 POLLERR, POLLHUP, POLLNVAL 중 하나가 포함될 수 있다. (이 세 비트는 events 필드에서는 무의미하며 해당 조건이 참이면 revents 필드에 설정된다.)

파일 디스크립터 모두에서 요청 이벤트 어느 것도 (그리고 어떤 오류도) 발생하지 않았으면 그 이벤트들 중 하나가 일어날 때까지 poll()이 블록 한다.

timeout 인자는 파일 디스크립터가 준비 상태가 되기를 기다리며 poll()에서 블록 할 밀리초 수를 나타낸다. 다음 어느 경우든 해당할 때까지 호출이 블록 하게 된다.

• 파일 디스크립터가 준비 상태가 된다.

• 호출이 시그널 핸들러에 의해 중단된다.

• 타임아웃이 만료된다.

참고로 timeout 시간을 시스템 클럭 해상도에 따라 올림 하게 되며 커널 스케줄링 지연도 있기 때문에 그 블록 시간을 약간 넘길 수도 있다. timeout에 음수 값을 지정하는 건 무한 타임아웃을 뜻한다. timeout을 0으로 지정하면 준비 상태인 파일 디스크립터가 없더라도 poll()이 즉시 반환하게 된다.

events에 설정하고 revents로 반환될 수 있는 비트들이 <poll.h>에 정의돼 있다.

POLLIN

읽을 데이터가 있다.

POLLPRI

파일 디스크립터에 어떤 예외 상황이 있다. 다음 경우들 등이 가능하다.

• TCP 소켓에 대역외 데이터가 있다. (tcp(7) 참고.)

• 패킷 모드인 유사 터미널 마스터가 슬레이브에서의 상태 변화를 보았다. (ioctl_tty(2) 참고.)

• cgroup.events 파일이 변경되었다. (cgroups(7) 참고.)

POLLOUT

현재 쓰기가 가능하다. 다만 소켓 내지 파이프의 가용 공간보다 큰 데이터를 써넣으면 (O_NONBLOCK이 설정돼 있지 않으면) 여전히 블록 된다.

POLLRDHUP (리눅스 2.6.17부터)

스트림 소켓의 상대가 연결을 닫았거나 연결의 쓰기 쪽을 닫았다. 이 비트 정의를 쓸 수 있으려면 (어떤 헤더 파일도 포함시키기 전에) 기능 확인 매크로 _GNU_SOURCE가 정의돼 있어야 한다.

POLLERR

오류 상황. (revents로 반환되기만 하고 events에서는 무시.) 파이프의 쓰기 쪽을 가리키는 파일 디스크립터에 대해서 읽기 쪽이 닫혔을 때도 이 비트가 설정된다.

POLLHUP

연결 끊겼음. (revents로 반환되기만 하고 events에서는 무시.) 참고로 파이프나 스트림 소켓 같은 채널에서 읽기를 할 때 이 이벤트는 상대가 채널의 그쪽 끝을 닫았다는 표시일 뿐이다. 그 채널의 미처리 데이터를 모두 소비한 후에야 채널 읽기가 0(파일 끝)을 반환하게 된다.

POLLNVAL

유효하지 않은 요청: fd가 열려 있지 않음. (revents로 반환되기만 하고 events에서는 무시.)

_XOPEN_SOURCE가 정의된 채로 컴파일 하면 다음 비트들도 쓸 수 있게 되는데, 위에 나열한 비트들 이상의 정보를 주지는 않는다.

POLLRDNORM

POLLIN과 동등하다.

POLLRDBAND

우선 대역 데이터를 읽을 수 있다. (리눅스에서는 보통 쓰지 않음.)

POLLWRNORM

POLLOUT과 동등하다.

POLLWRBAND

우선 대역 데이터를 쓸 수 있다.

리눅스에는 POLLMSG도 있지만 쓰지는 않는다.

poll()과 ppoll()의 관계는 select(2)와 pselect(2)의 관계와 비슷하다. pselect(2)처럼 응용에서 ppoll()을 사용해 파일 디스크립터가 준비 상태가 되거나 시그널을 잡을 때까지 안전하게 대기할 수 있다.

timeout 인자의 정밀도 차이를 제외하면 다음 ppoll() 호출은

ready = ppoll(&fds, nfds, tmo_p, &sigmask);

다음 호출들을 원자적으로 실행하는 것과 거의 동등하다.

sigset_t origmask;
int timeout;

timeout = (tmo_p == NULL) ? -1 :
          (tmo_p->tv_sec * 1000 + tmo_p->tv_nsec / 1000000);
pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &sigmask, &origmask);
ready = poll(&fds, nfds, timeout);
pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &origmask, NULL);

위 코드가 거의 동등하다고 한 이유는 poll()에선 음수 timeout 값을 무한대 타임아웃으로 해석하지만 ppoll()에선 *tmo_p의 값이 음수이면 오류가 나기 때문이다.

ppoll()이 필요한 이유는 pselect(2)의 설명을 보라.

sigmask를 NULL로 지정한 경우에는 시그널 마스크 조작을 수행하지 않는다. (그러면 ppoll()과 poll()의 차이는 timeout 인자의 정밀도뿐이다.)

tmo_p 인자는 ppoll()에서 블록 할 시간의 상한을 나타낸다. 이 인자는 다음 구조체에 대한 포인터이다.

struct timespec {
    long    tv_sec;         /* 초 */
    long    tv_nsec;        /* 나노초 */
};

tmo_p를 NULL로 지정한 경우에는 ppoll()에서 무한정 블록 할 수 있다.

성공 시 양수를 반환한다. 이는 revents 필드가 0이 아닌 구조체들의 (달리 말해 이벤트나 오류가 보고된 디스크립터들의) 수이다. 0 값은 호출이 타임아웃 되었고 어떤 파일 디스크립터도 준비 상태가 아니었음을 나타낸다. 오류 시 -1을 반환하며 errno를 적절히 설정한다.

EFAULT

인자로 준 배열이 호출 프로그램의 주소 공간에 들어 있지 않다.

EINTR

요청한 이벤트들에 앞서 시그널이 발생했다. signal(7) 참고.

EINVAL

nfds 값이 RLIMIT_NOFILE 값을 초과한다.

EINVAL

(ppoll()) *ip에 있는 타임아웃 값이 유효하지 않다 (음수다).

ENOMEM

파일 디스크립터 테이블을 할당할 공간이 없다.

리눅스 2.1.23에서 poll() 시스템 호출이 도입되었다. 이 시스템 호출이 없는 더 전 커널에서는 glibc의 (그리고 구식 리눅스 libc의) poll() 래퍼 함수에서 select(2)를 써서 에뮬레이션을 제공한다.

리눅스 커널 2.6.16에서 ppoll() 시스템 호출이 추가되었다. glibc 2.4에서 ppoll() 라이브러리 호출이 추가되었다.

poll()은 POSIX.1-2001 및 POSIX.1-2008을 준수한다. ppoll()은 리눅스 전용이다.

poll() 및 ppoll()의 동작은 O_NONBLOCK 플래그에 영향을 받지 않는다.

일부 다른 유닉스 시스템에서는 커널 내부 자원을 할당하지 못했을 때 리눅스의 ENOMEM이 아니라 EAGAIN 오류로 실패할 수 있다. POSIX에서 그런 동작을 허용한다. 이식 가능한 프로그램에서는 EAGAIN을 확인해서 EINTR 경우처럼 루프를 계속 도는 게 좋을 수 있다.

어떤 구현들에서는 poll()에서 timeout에 쓸 수 있는 비표준 상수 INFTIM을 -1 값으로 정의하고 있다. glibc에서는 이 상수를 제공하지 않는다.

poll()로 감시 중인 파일 디스크립터를 다른 스레드에서 닫으면 어떻게 될 수 있는지에 대한 논의는 select(2)를 보라.

리눅스의 ppoll() 시스템 호출에서는 tmo_p 인자를 변경한다. 하지만 glibc 래퍼 함수에서 타임아웃 인자에 대한 지역 변수를 쓰고 그 변수를 시스템 호출로 전달하여 그 동작 방식을 감춘다. 그리하여 glibc의 ppoll() 함수는 tmo_p 인자를 변경하지 않는다.

진짜 ppoll() 시스템 호출에는 다섯 번째 인자 size_t sigsetsize가 있는데, 이는 sigmask 인자의 바이트 단위 크기를 나타낸다. glibc의 ppoll() 래퍼 함수에서 이 인자를 고정된 값(sizeof(kernel_sigset_t))으로 지정한다. 커널과 libc에서의 시그널 집합 개념 차이에 대한 설명은 sigprocmask(2)를 보라.

select(2)의 BUGS 절에 있는 준비 상태 거짓 알림 논의를 보라.

restart_syscall(2), select(2), select_tut(2), epoll(7), time(7)

2019-08-02