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 .\" $DragonFly: src/share/man/man4/polling.4,v 1.5 2004/07/07 11:38:59 joerg Exp $
   4 .\"
   5 .Dd February 15, 2002
   6 .Dt POLLING 4
   7 .Os
   8 .Sh NAME
   9 .Nm polling
  10 .Nd device polling support
  11 .Sh SYNOPSIS
  12 .Cd "options DEVICE_POLLING"
  13 .Cd "options HZ=1000"
  14 .Sh DESCRIPTION
  15 Typically, devices generate interrupts when they need attention
  16 from the CPU.  Device polling
  17 .Dq ( "polling" ,
  18 for brevity,) refers to a technique for handling devices that does not
  19 rely on interrupts.  Rather, it lets the CPU poll devices periodically
  20 to service their needs.
  21 This might seem inefficient and counterintuitive, but when done
  22 properly,
  23 .Nm
  24 gives more control to the operating system on
  25 when and how to handle devices, with a number of advantages in terms
  26 of system responsivity and performance.
  27 .Pp
  28 In particular,
  29 .Nm
  30 reduces the overhead for context
  31 switches which is incurred when servicing interrupts, and
  32 gives more control on the scheduling of the CPU between various
  33 tasks (user processes, software interrupts, device handling)
  34 which ultimately reduces the chances of livelock in the system.
  35 .Sh PRINCIPLES OF OPERATION
  36 In the normal, interrupt-based mode, devices generate an interrupt
  37 whenever they need attention.
  38 This in turn causes a
  39 context switch and the execution of an interrupt handler
  40 which performs whatever processing is needed by the device.
  41 The duration of the interrupt handler is potentially unbounded
  42 unless the device driver has been programmed with real-time
  43 concerns in mind (which is generally not the case for
  44 .Dx
  45 drivers).
  46 Furthermore, under heavy traffic, the system might be
  47 persistently processing interrupts without being able to
  48 complete other work, either in the kernel or in userland.
  49 .Pp
  50 .Nm Polling
  51 disables interrupts by polling devices at appropriate
  52 times, i.e., on clock interrupts, system calls and within the idle loop.
  53 This way, the context switch overhead is removed.
  54 Furthermore,
  55 the operating system can control accurately how much work to spend
  56 in handling device events, and thus prevent livelock by reserving
  57 some amount of CPU to other tasks.
  58 .Pp
  59 .Nm Polling
  60 is enabled with a
  61 .Xr sysctl 8
  62 variable
  63 .Va kern.polling.enable
  64 whereas the percentage of CPU cycles reserved to userland processes is
  65 controlled by the
  66 .Xr sysctl 8
  67 variable
  68 .Va kern.polling.user_frac
  69 whose range is 0 to 100 (50 is the default value).
  70 .Pp
  71 When
  72 .Nm
  73 is enabled, and provided that there is work to do,
  74 up to
  75 .Va kern.polling.user_frac
  76 percent of the CPU cycles is reserved to userland tasks, the
  77 remaining fraction being available for device processing.
  78 .Pp
  79 Enabling
  80 .Nm
  81 also changes the way network software interrupts
  82 are scheduled, so there is never the risk of livelock because
  83 packets are not processed to completion.
  84 .Pp
  85 There are other variables which control or monitor the behaviour
  86 of devices operating in polling mode, but they are unlikely to
  87 require modifications, and are documented in the source file
  88 .Pa sys/kern/kern_poll.c .
  89 .Sh SUPPORTED DEVICES
  90 .Nm Polling
  91 requires explicit modifications to the device drivers.
  92 As of this writing, the
  93 .Xr dc 4 ,
  94 .Xr em 4 ,
  95 .Xr fwe 4 ,
  96 .Xr fxp 4 ,
  97 .Xr nge 4 ,
  98 .Xr re 4 ,
  99 .Xr rl 4 ,
 100 .Xr sis 4
 101 and
 102 .Xr vr 4
 103 devices are supported, with other in the works.
 104 The modifications are rather straightforward, consisting in
 105 the extraction of the inner part of the interrupt service routine
 106 and writing a callback function,
 107 .Fn *_poll ,
 108 which is invoked
 109 to probe the device for events and process them.
 110 See the
 111 conditionally compiled sections of the devices mentioned above
 112 for more details.
 113 .Pp
 114 Because in the worst case devices are only polled on
 115 clock interrupts, in order to reduce the latency in processing
 116 packets, it is advisable to increase the frequency of the clock
 117 to at least 1000 HZ.
 118 .Sh HISTORY
 119 Device polling was introduced in February 2002 by
 120 .An Luigi Rizzo Aq luigi@iet.unipi.it .