Linux内核开发之异步通知与异步I/O(一)

“小王，听说过锦上添花吧..”我拍拍下王的头说。

“还锦上添花你，为你上次提的几个东东，我是头上长包..”小王气愤地瞪着我。

“啊，为啥这样呢，本来还特意拒绝了MM的月份，抽出时间打算给你说点高级的东东，看来现在是不行了”我吃惊道，“这样吧，这次就给你讲些和前边有关的东西，也不失为锦上添花不是？”。

“好，我也是这么打算的，就是没好意思说，今天讲些啥呢？”小王暗淡的眼光总算闪了闪。（为啥这么难受呢，好像跟什么会嚎叫的特像，哈哈）

那就言归正传，今天我们讲---Linux设备驱动程序之异步通知与异步I/O.”

小王，前边不是讲了阻塞与非阻塞访问，poll()函数等提供的较好的解决设备访问的机制，那么通过这次有关异步通知整套机制的配合，就更相得益彰，锦上添花了。

啥叫异步通知：很简单，一旦设备准备好，就主动通知应用程序，这种情况下应用程序就不需要查询设备状态，这是不是特像硬件上常提的“中断的概念”。上边比较

准确的说法其实应该叫做“信号驱动的异步I/O”,信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟。

“小王，给你一个表现的机会，说说这个和前边的几点不同和差异。。”

“嗯，我的理解是这样的哈，阻塞I/O意味着一直等待设备可访问再访问，非阻塞I/O意味着使用poll()来查询是否可访问，而异步通知则意味着设备通知应用程序自身

可访问。”看着小王聪明的眼睛和清晰的思路，我也忍不住给予一个鼓励的微笑啊。

说的好，我只是想强调一点：上面三种方式，其实本身是没有优劣的，应该根据不同的应用场景合理选择罢了。

说到信号，在应用程序中，为了捕获信号(还捕获呢， 不就是一个处理吗)可以使用signal()函数来设置对应的信号的处理函数。函数原型是

void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int)   这个看起来费劲吧，不光你，我看着也费劲，没关系，给你来个例子：

 void sigterm_handler(int signo)
 {
    char data[MAX_LEN];
    int len;
    len=read(STDIN_FILENO, &data,MAX_LEN);
    data[len]=0;
    printf("Input available:%s\n",data);
    exit(0);
 }
 int main(void)
 {
    int oflags;
        //启动信号驱动机制
    signal(SIGIO, sigterm_handler);
    fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
    oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
    fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);
        //建立一个死循环，防止程序结束
while(1);
    return 0;
 }

 看了这段代码明白啥意思了吧，我也不多少了，咱们继续往下走..为了一个用户在用户空间中能处理一个设备释放的信号，它必须完成一下3份工作：

 1)通过F_SETOWN控制指令设置设备文件的拥有者为本进程,这样从设备驱动中发出的信号才能被本进程收到。

 2)通过F_SETFLIO控制命令设置设备文件支持FASYNC,即异步通知模式。

 3)通过signal()链接信号和信号处理函数。

 当然，如果你了解linux/Unix信号机制的话，你可能会问为啥没说sigaction函数，其实没关系，作用差不多，想知道的话,自己看书Apue的P261.

 有了信号的发送，那么就一定得有信号的释放了：

 在设备驱动和应用程序的异步通知交互中，仅仅在应用程序端捕获信号是不够的，因为信号没有的源头是在驱动端，因此要在适当的时机让设备驱动释放信号。

 为了使设备支持异步通知机制，驱动程序中涉及三个操作：

 1)支持F_SETOWN命令，能在这个控制命令处理中设置filp->f_owner为对应的进程ID。不过此项工作已由内核完成，设备驱动无须处理。

 2)支持F_SETFL命令的处理,每当FASYNC标志改变时，驱动程序中fasync()函数将得以进行。因此,驱动程序必须实现fasync()函数。

 3)在设备资源可获得时,调用kill_fasync()函数激发相应的信号。

 驱动程序中上面的三步是和应用程序是一一对应的。如下图：

设备驱动中异步通知编程还是比较简单的，主要就是一些数据结构，和两个函数：

数据结构：fasync_struct结构体

函数：1）处理FASYNC标志变更的函数int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int mode ,struct fasync_struct **fa);

2) 释放信号用的函数void kill_fasync(struct fasync_struct **fa, int sig, int band);

和其他设备驱动一样，一般将fasync_struct放到设备结构体中。下边是典型模版：

struct xxx_dev
{
    struct cdev cdev;
    ...
    struct fasync_struct *async_queue;  //异步结构体
}

而在驱动的fasync()函数中，只需要简单的将该参数的3个参数以及fasync_struct结构体指针的指针作为第四个参数传给fasync_helper函数即可.下边是典型模版:

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);
}
一旦设备资源可以获得时,应该调用kill_fasync()释放SIGIO信号,可读时第三个参数设置为POLL_IN,可写时第三个参数设置为POLL_OUT,下边是释放信号的典型模版：

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;
     ....
     //产生异步信号
  if(dev->async_queue)
  {
     kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN);
  }
  ..
}

最后，在文件关闭时，即在设备驱动的release函数中，应调用设备驱动的fasync()函数将文件从异步通知的列表中删除，下边是设备驱动的释放函数的典型模版:

static int xxx_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct xxx_dev *dev = filp->private_data;
    //将文件从异步通知列表中删除
  xxx_fasync(-1,filp,0);
    ...
    return 0;
}

“等等，我知道你明白，你是想向我个例子，我知道你啥意思，没关系，我下次补上 。”没等小王，我立刻给她堵上“你啊，心里几根小九九，我还不知道啊..”