Linux设备驱动中的异步通知和异步I/O

    杂话篇：今年是农历大年三十，上午学习会，下午就得准备年夜饭了。一年又一年，搞技术的，只要你能坐得了冷板凳，成长是飞跃的。

一）异步通知的基本概念    

异步通知：一旦设备就绪，则主动通知执行单元。类似于单片机的中断。而阻塞I/O意味着一直等待设备可以访问后再访问。非阻塞I/O中使用poll机制意味着查询设备是否可以访问，而异步通知则意味着设备通知应用程序可访问。    

    这里要强调的是：阻塞，非阻塞I/O，异步通知本身没有优劣，应该根据不同的应用场合合理选择。    

二)linux信号    

信号                值                    含义    

SIGHUP            1                    挂起    

SIGINT              2                    终端中断    

SIGQUIT            3                    终端退出

这里就简单列举几个，太多了，将近30来个，读者自行百度。    

三）异步通知的相关编程    

应用程序编程    

/******相关头文件********/    

void input_handler()    //相当于单片机中断处理函数    

{    

      printf("in input_handler\n");

}    

void main()    

{    

int oflags;    

signal(SIGIO,input_handler);    //SIGIO(I/O的输入将触发此信号)，input_handler为相应的处理函数    

fcntl(STDIN_FILENO,F_SETOWN,getpid()); //设置本进程为STDIN_FILENO文件的拥有者，告知内核信号该发送给哪个进程    

oflags=fcntl(STDIN_FILENO,F_GETFL);

fcntl(STDIN_FILENO,FETFL,oflags|FASYNC); //上述两步对设备设置FASYNC标志    

while(1);

}    

对应的驱动函数编程    

设备驱动中异步通知编程比较简单，主要用到一项数据结构和两个函数。数据结构为fasync_strut结构体，两个函数分别是：    

第一个 处理FASYNC标志变更函数    

int fasysc_helper(int fd,strcut file *filp,int mode,struct fasync_strcut **fa);    

第二个 释放信号函数    

void kill_fasync(strcut fasync_struct **fa,int sig,int band);    

static int xxx_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
 printk("driver: xxx_drv_fasync\n");
 return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}

static ssize_t xxx_write(....)    

{    

 struct fasync_struct *async_queue;

  kill_fasync(async_queue,SIGIO,PLL_IN); //此函数将触发用户程序的信号处理函数 input_handler

}    

最后在设备关闭的时候还得将fasync()函数从列表中删除    

static int xxx_release(...)    

{    

xxx_fasync(-1,filp,0);

return 0;

}    

四）异步I/O    

异步I/O：当执行单元发出输入/输出请求后，并不等待I/O结束，它要么过一段时间来查询之前的I/O请求，要么I/O请求完成了会自动调用与I/O完成绑定的回调函数。

linux中常用的输入/输出模型是同步I/O。在这个模型中，应用程序发出请求之后就会阻塞，直到请求满足为止。但当面对块驱动程序的时候，输入/输出将变得时间很长，严重影响了执行单元的灵活性。    

相关的函数如下：    

aio_read(struct aiocb *aiocbp);   //该函数读请求之后会立即返回，如果执行成功就返回0，如果错误就返回-1.      

aio_write(struct aiocb *aiocbp);   //该函数写请求之后会立即返回，如果执行成功就返回0，如果错误就返回-1.   

aio_error();//此函数被用来确定请求状态。当返回EINPROGRESS说明请求尚未完成，ECANCELED,说明请求被应用程序取消了   aio_return();  //相当于同步I/O中的read,write函数，执行成功时，将返回读写的字节数。相关程序示例为：    

#include<stdio.h>    

struct aiocb my_aiocb;

void main()

{    

        int fd,ret;

        fd=open("xxxx",O_RDONLY);    

        my_aiocb.aio_fildes=fd;    

        my_aiocb.aio_nbytes=100;    

        my_aiocb.aio_offset=0;    

        aio_read(&my_aiocb);    

        while(aio_error(&my_aiocb)==EINPROGRESS );

        continue;

        if((ret=aio_return(&my_iocb))>0)    

        {    

            //已经读取成功

        }    

        else    {    

            //读失败，分析errorno  

        }

}   

五）总结    

异步通知：使用信号可以实现设备驱动与用户程序之间的异步通知，总体而言，设备驱动和用户空间分别完成3项对应工作，用户设置文件的拥有者，FASYNC标志以及捕获信号，内核空间响应对文件的拥有者，FASYNC标志的设置并在资源可获得时释放信号。

异步I/O：在linux2.6以后的内核包含对AIO的支持，它为用户空间提供了统一的异步I/O接口。