share/man/man4/polling.4

   1 .\"
   2 .\" $FreeBSD: src/share/man/man4/polling.4,v 1.1.2.4 2003/04/14 08:58:02 maxim Exp $
   3 .\"
   4 .Dd February 15, 2002
   5 .Dt POLLING 4
   6 .Os
   7 .Sh NAME
   8 .Nm polling
   9 .Nd device polling support
  10 .Sh SYNOPSIS
  11 .Cd "options DEVICE_POLLING"
  12 .Cd "options HZ=1000"
  13 .Sh DESCRIPTION
  14 .Dq "Device polling"
  15 (polling for brevity) refers to a technique to
  16 handle devices that does not rely on the latter to generate
  17 interrupts when they need attention, but rather lets the CPU poll
  18 devices to service their needs.
  19 This might seem inefficient and counterintuitive, but when done
  20 properly,
  21 .Nm
  22 gives more control to the operating system on
  23 when and how to handle devices, with a number of advantages in terms
  24 of system responsivity and performance.
  25 .Pp
  26 In particular,
  27 .Nm
  28 reduces the overhead for context
  29 switches which is incurred when servicing interrupts, and
  30 gives more control on the scheduling of the CPU between various
  31 tasks (user processes, software interrupts, device handling)
  32 which ultimately reduces the chances of livelock in the system.
  33 .Sh PRINCIPLES OF OPERATION
  34 In the normal, interrupt-based mode, devices generate an interrupt
  35 whenever they need attention.
  36 This in turn causes a
  37 context switch and the execution of an interrupt handler
  38 which performs whatever processing is needed by the device.
  39 The duration of the interrupt handler is potentially unbounded
  40 unless the device driver has been programmed with real-time
  41 concerns in mind (which is generally not the case for
  42 .Fx
  43 drivers).
  44 Furthermore, under heavy traffic, the system might be
  45 persistently processing interrupts without being able to
  46 complete other work, either in the kernel or in userland.
  47 .Pp
  48 .Nm Polling
  49 disables interrupts by polling devices at appropriate
  50 times, i.e., on clock interrupts, system calls and within the idle loop.
  51 This way, the context switch overhead is removed.
  52 Furthermore,
  53 the operating system can control accurately how much work to spend
  54 in handling device events, and thus prevent livelock by reserving
  55 some amount of CPU to other tasks.
  56 .Pp
  57 .Nm Polling
  58 is enabled with a
  59 .Xr sysctl 8
  60 variable
  61 .Va kern.polling.enable
  62 whereas the percentage of CPU cycles reserved to userland processes is
  63 controlled by the
  64 .Xr sysctl 8
  65 variable
  66 .Va kern.polling.user_frac
  67 whose range is 0 to 100 (50 is the default value).
  68 .Pp
  69 When
  70 .Nm
  71 is enabled, and provided that there is work to do,
  72 up to
  73 .Va kern.polling.user_frac
  74 percent of the CPU cycles is reserved to userland tasks, the
  75 remaining fraction being available for device processing.
  76 .Pp
  77 Enabling
  78 .Nm
  79 also changes the way network software interrupts
  80 are scheduled, so there is never the risk of livelock because
  81 packets are not processed to completion.
  82 .Pp
  83 There are other variables which control or monitor the behaviour
  84 of devices operating in polling mode, but they are unlikely to
  85 require modifications, and are documented in the source file
  86 .Pa sys/kern/kern_poll.c .
  87 .Sh SUPPORTED DEVICES
  88 .Nm Polling
  89 requires explicit modifications to the device drivers.
  90 As of this writing, the
  91 .Xr dc 4 ,
  92 .Xr em 4 ,
  93 .Xr fxp 4 ,
  94 .Xr rl 4 ,
  95 and
  96 .Xr sis 4
  97 devices are supported, with other in the works.
  98 The modifications are rather straightforward, consisting in
  99 the extraction of the inner part of the interrupt service routine
 100 and writing a callback function,
 101 .Fn *_poll ,
 102 which is invoked
 103 to probe the device for events and process them.
 104 See the
 105 conditionally compiled sections of the devices mentioned above
 106 for more details.
 107 .Pp
 108 Because in the worst case devices are only polled on
 109 clock interrupts, in order to reduce the latency in processing
 110 packets, it is advisable to increase the frequency of the clock
 111 to at least 1000 HZ.
 112 .Sh HISTORY
 113 Device polling was introduced in February 2002 by
 114 .An Luigi Rizzo Aq luigi@iet.unipi.it .