Linux驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)筆記：異步通知

什么是異步通知

異步通知在Linux的實(shí)現(xiàn)中是通過信號(hào)，而 信號(hào)是在軟件層次上對(duì)中斷機(jī)制的一種模擬 。這種機(jī)制和中斷非常類似，所以可以以中斷的思想來理解這一過程，信號(hào)其實(shí)就相當(dāng)于應(yīng)用層的中斷。

信號(hào)可以直接進(jìn)行用戶空間進(jìn)程和內(nèi)核進(jìn)程之間的交互，內(nèi)核進(jìn)程也可以利用它來通知用戶空間進(jìn)程發(fā)生了哪些系統(tǒng)事件。

如果該進(jìn)程當(dāng)前并未處于執(zhí)行態(tài)，則該信號(hào)就由內(nèi)核保存起來，直到該進(jìn)程恢復(fù)執(zhí)行再傳遞給它；如果一個(gè)信號(hào)被進(jìn)程設(shè)置為阻塞，則該信號(hào)的傳遞被延遲，直到其阻塞被取消時(shí)才被傳遞給進(jìn)程。

異步通知和異步IO的區(qū)別

異步通知 ：當(dāng)資源可獲得時(shí)，由 驅(qū)動(dòng)程序向應(yīng)用層發(fā)送一個(gè)信號(hào)，主動(dòng)通知應(yīng)用程序 ，再由應(yīng)用程序發(fā)起訪問。

異步IO ： 主動(dòng)獲取設(shè)備的資源信息 ，首先發(fā)起一個(gè)IO操作請(qǐng)求，資源可用時(shí)，應(yīng)用層注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)會(huì)被主動(dòng)調(diào)用。但是 異步通知不能直接調(diào)用應(yīng)用層注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，而是由驅(qū)動(dòng)程序向應(yīng)用層發(fā)送一個(gè)信號(hào) 。

信號(hào)含義

當(dāng)應(yīng)用層接收到一個(gè)信號(hào)時(shí)，可以對(duì)信號(hào)執(zhí)行忽略、捕捉和缺省三種操作：

忽略信號(hào) ：對(duì)信號(hào)不做任何處理，但是有兩個(gè)信號(hào)不能忽略：即SIGKILL及SIGSTOP。

捕捉信號(hào) ：定義信號(hào)處理函數(shù)，當(dāng)信號(hào)發(fā)生時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的處理函數(shù)。

缺省信號(hào) ：執(zhí)行Linux對(duì)該信號(hào)的默認(rèn)操作

應(yīng)用層使用信號(hào)

以下是應(yīng)用層捕捉SIGIO信號(hào)的簡(jiǎn)單示例：

void input_handler(int signum)
{
    //如果驅(qū)動(dòng)發(fā)送了SIGIO信號(hào)，在此處理
  printf("recive from %d\\n"，signum);
 
}
int main()
{
  int fd ,oflags;
  fd=open("/dev/global",O_RDWR,S_IRUSR | S_IWUSR);
 if(fd != -1)
{
  //啟動(dòng)信號(hào)機(jī)制
  signal(SIGIO,input_handler);//設(shè)置SIGIO信號(hào)的處理函數(shù)
     
  fcntl(fd,F_SETOWN,getpid());//將進(jìn)程ID賦值給filp- >f_owner
     
  oflags = fcntl(fd,F_GETFL);
  fcntl(fd,F_SETFL,oflags | FASYNC);//驅(qū)動(dòng)的fasync方法被調(diào)用
     
  while(1)
  {
    sleep(1000);
  }
}
}

• 當(dāng)應(yīng)用層F_SETOWN, 驅(qū)動(dòng)什么都沒做,內(nèi)核只是將進(jìn)程的ID賦值給 filp->f_owner；
• 當(dāng)應(yīng)用層F_SETFL被執(zhí)行來打開 FASYNC, 驅(qū)動(dòng)的 fasync 方法被調(diào)用.
• 當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá), 驅(qū)動(dòng)向進(jìn)程發(fā)出一個(gè) SIGIO信號(hào)

驅(qū)動(dòng)如何實(shí)現(xiàn)異步信號(hào)

驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)主要用到一個(gè)結(jié)構(gòu)體和 兩個(gè)函數(shù) ：

fasync_struct結(jié)構(gòu)體：

struct fasync_struct {                                    
        spinlock_t              fa_lock;
        int                     magic;
        int                     fa_fd;
        struct fasync_struct    *fa_next; /* singly linked list */
        struct file             *fa_file;
        struct rcu_head         fa_rcu;
};

函數(shù)：

fasync_helper()：用于處理FASYNC標(biāo)志變更

fasync_helper()函數(shù)是用來初始化fasync_struct結(jié)構(gòu)體變量，并設(shè)置異步通知隊(duì)列的

int fasync_helper(int fd,            //文件描述符 
 struct file * filp,   //文件指針
 int on, 
 struct fasync_struct **fapp);   //要設(shè)置的結(jié)構(gòu)

第三個(gè)參數(shù)on表示設(shè)置還是刪除，on為真時(shí)初始化，為假時(shí)（0），移除.

kill_fasync()：發(fā)送信號(hào)

void kill_fasync(struct fasync_struct **fp, int sig, int band)；

fp：是已初始化的fasync_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

sig：要發(fā)送的信號(hào)

band：在可讀時(shí)設(shè)置為POLL_IN，在可寫時(shí)設(shè)置為POLL_OUT;

驅(qū)動(dòng)實(shí)例

static struct fasync_struct *btn_fasync;

static irqreturn_t btn_irq_handler(int irq, void *dev)
{
 struct btn_t *p = (struct btn_t *)dev;
    
    //發(fā)送信號(hào)
 kill_fasync(&btn_fasync, SIGIO, POLL_IN);
    
    return IRQ_HANDLED;
}

static int btn_drv_fasync(int fd, struct file *fp, int on)
{
 //初始化btn_fasync結(jié)構(gòu)，并添加到異步通知列表中
 return fasync_helper(fd, fp, on, &btn_fasync);
}

static int btn_drv_close(struct inode *inode, struct file *filp)
{
 if(filp- >f_flags & FASYNC)
        fasync_helper(-1, flip, 0, &btn_fasync);//將文件從異步通知的列表中刪除
 return 0;
}

static struct file_operations btn_ops={
 ......
    .release = btn_drv_close,
 .fasync = btn_drv_fasync,
};

主要步驟 ：

1、構(gòu)造struct fasync_struct鏈表的頭

2、實(shí)現(xiàn)fasync接口函數(shù)，調(diào)用fasync_helper函數(shù)來構(gòu)造struct fasync_struct節(jié)點(diǎn)，并加入鏈表。

3、在資源可用時(shí)，調(diào)用kill_fasync發(fā)送信號(hào)，并設(shè)置資源的可用類型是可讀還是可寫。

4、在文件最后一次關(guān)閉時(shí)，即在release接口中，需要顯式調(diào)用驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的fasync接口函數(shù)，將節(jié)點(diǎn)從鏈表中刪除，這樣進(jìn)程就不會(huì)再次收到信號(hào)。

異步通知主要還是弄明白信號(hào)是軟件層次對(duì)中斷的一種模擬，并且信號(hào)是由驅(qū)動(dòng)發(fā)出的。