Linux內核開(kāi)發(fā)之異步通知與異步I/O(一)

　　“小王，聽(tīng)說(shuō)過(guò)錦上添花吧..”我拍拍下王的頭說(shuō)。

　　“還錦上添花你，為你上次提的幾個(gè)東東，我是頭上長(cháng)包..”小王氣憤地瞪著(zhù)我。

　　“啊，為啥這樣呢，本來(lái)還特意拒絕了MM的約會(huì )，抽出時(shí)間打算給你說(shuō)點(diǎn)高級的東東，看來(lái)現在是不行了”我吃驚道，“這樣吧，這次就給你講些和前邊有關(guān)的東西，也不失為錦上添花不是?”。

　　“好，我也是這么打算的，就是沒(méi)好意思說(shuō)，今天講些啥呢?”小王暗淡的眼光總算閃了閃。(為啥這么難受呢，好像跟什么會(huì )嚎叫的特像，哈哈)

　　那就言歸正傳，今天我們講---Linux設備驅動(dòng)程序之異步通知與異步I/O.”

　　小王，前邊不是講了阻塞與非阻塞訪(fǎng)問(wèn)，poll()函數等提供的較好的解決設備訪(fǎng)問(wèn)的機制，那么通過(guò)這次有關(guān)異步通知整套機制的配合，就更相得益彰，錦上添花了。

　　啥叫異步通知：很簡(jiǎn)單，一旦設備準備好，就主動(dòng)通知應用程序，這種情況下應用程序就不需要查詢(xún)設備狀態(tài)，這是不是特像硬件上常提的“中斷的概念”。上邊比較準確的說(shuō)法其實(shí)應該叫做“信號驅動(dòng)的異步I/O”,信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬。

　　“小王，給你一個(gè)表現的機會(huì )，說(shuō)說(shuō)這個(gè)和前邊的幾點(diǎn)不同和差異。。”

　　“嗯，我的理解是這樣的哈，阻塞I/O意味著(zhù)一直等待設備可訪(fǎng)問(wèn)再訪(fǎng)問(wèn)，非阻塞I/O意味著(zhù)使用poll()來(lái)查詢(xún)是否可訪(fǎng)問(wèn)，而異步通知則意味著(zhù)設備通知應用程序自身可訪(fǎng)問(wèn)。”看著(zhù)小王聰明的眼睛和清晰的思路，我也忍不住給予一個(gè)鼓勵的微笑啊。

　　說(shuō)的好，我只是想強調一點(diǎn)：上面三種方式，其實(shí)本身是沒(méi)有優(yōu)劣的，應該根據不同的應用場(chǎng)景合理選擇罷了。

　　說(shuō)到信號，在應用程序中，為了捕獲信號(還捕獲呢， 不就是一個(gè)處理嗎)可以使用signal()函數來(lái)設置對應的信號的處理函數。函數原型是

　　void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int) 這個(gè)看起來(lái)費勁吧，不光你，我看著(zhù)也費勁，沒(méi)關(guān)系，給你來(lái)個(gè)例子：

　　void sigterm_handler(int signo)

　　{

　　char data[MAX_LEN];

　　int len;

　　len=read(STDIN_FILENO, &data,MAX_LEN);

　　data[len]=0;

　　printf("Input available:%sn",data);

　　exit(0);

　　}

　　int main(void)

　　{

　　int oflags;

　　//啟動(dòng)信號驅動(dòng)機制

　　signal(SIGIO, sigterm_handler);

　　fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());

　　oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);

　　fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);

　　//建立一個(gè)死循環(huán)，防止程序結束

　　while(1);

　　return 0;

　　}

　　看了這段代碼明白啥意思了吧，我也不多少了，咱們繼續往下走..為了一個(gè)用戶(hù)在用戶(hù)空間中能處理一個(gè)設備釋放的信號，它必須完成一下3份工作：

　　1)通過(guò)F_SETOWN控制指令設置設備文件的擁有者為本進(jìn)程,這樣從設備驅動(dòng)中發(fā)出的信號才能被本進(jìn)程收到。

　　2)通過(guò)F_SETFLIO控制命令設置設備文件支持FASYNC,即異步通知模式。

　　3)通過(guò)signal()鏈接信號和信號處理函數。

　　當然，如果你了解linux/Unix信號機制的話(huà)，你可能會(huì )問(wèn)為啥沒(méi)說(shuō)sigaction函數，其實(shí)沒(méi)關(guān)系，作用差不多，想知道的話(huà),自己看書(shū)Apue的P261.

　　有了信號的發(fā)送，那么就一定得有信號的釋放了：

　　在設備驅動(dòng)和應用程序的異步通知交互中，僅僅在應用程序端捕獲信號是不夠的，因為信號沒(méi)有的源頭是在驅動(dòng)端，因此要在適當的時(shí)機讓設備驅動(dòng)釋放信號。

　　為了使設備支持異步通知機制，驅動(dòng)程序中涉及三個(gè)操作：

　　1)支持F_SETOWN命令，能在這個(gè)控制命令處理中設置filp->f_owner為對應的進(jìn)程ID。不過(guò)此項工作已由內核完成，設備驅動(dòng)無(wú)須處理。

　　2)支持F_SETFL命令的處理,每當FASYNC標志改變時(shí)，驅動(dòng)程序中fasync()函數將得以進(jìn)行。因此,驅動(dòng)程序必須實(shí)現fasync()函數。

　　3)在設備資源可獲得時(shí),調用kill_fasync()函數激發(fā)相應的信號。

　　驅動(dòng)程序中上面的三步是和應用程序是一一對應的。如下圖：

　　設備驅動(dòng)中異步通知編程還是比較簡(jiǎn)單的，主要就是一些數據結構，和兩個(gè)函數：

　　數據結構：fasync_struct結構體

　　函數：1)處理FASYNC標志變更的函數int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int mode ,struct fasync_struct **fa);

　　2) 釋放信號用的函數void kill_fasync(struct fasync_struct **fa, int sig, int band);

　　和其他設備驅動(dòng)一樣，一般將fasync_struct放到設備結構體中。下邊是典型模版：

　　struct xxx_dev

　　{

　　struct cdev cdev;

　　...

　　struct fasync_struct *async_queue; //異步結構體

　　}

　　而在驅動(dòng)的fasync()函數中，只需要簡(jiǎn)單的將該參數的3個(gè)參數以及fasync_struct結構體指針的指針作為第四個(gè)參數傳給fasync_helper函數即可.下邊是典型模版:

　　static int xxx_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)

　　{

　　struct xxx_dev *dev = filp->private_data;

　　return fasync_helper(fd,filp,mode,&dev->async_queue);

　　}

　　一旦設備資源可以獲得時(shí),應該調用kill_fasync()釋放SIGIO信號,可讀時(shí)第三個(gè)參數設置為POLL_IN,可寫(xiě)時(shí)第三個(gè)參數設置為POLL_OUT,下邊是釋放信號的典型模版：

　　static ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,loff_t *f_ops)

　　{

　　struct xxx_dev *dev = filp->private_data;

　　....

　　//產(chǎn)生異步信號

　　if(dev->async_queue)

　　{

　　kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN);

　　}

　　..

　　}

　　最后，在文件關(guān)閉時(shí)，即在設備驅動(dòng)的release函數中，應調用設備驅動(dòng)的fasync()函數將文件從異步通知的列表中刪除，下邊是設備驅動(dòng)的釋放函數的典型模版:

　　static int xxx_release(struct inode *inode, struct file *filp)

　　{

　　struct xxx_dev *dev = filp->private_data;

　　//將文件從異步通知列表中刪除

　　xxx_fasync(-1,filp,0);

　　...

　　return 0;

　　}

　　“等等，我知道你明白，你是想向我個(gè)例子，我知道你啥意思，沒(méi)關(guān)系，我下次補上 。”沒(méi)等小王，我立刻給她堵上“你啊，心里幾根小九九，我還不知道啊..”