Linux异步通知

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#Linux异步通知

本文详细介绍了Linux系统中的各种信号及其对应的数值和含义，包括常见的SIGHUP、SIGINT等信号，并指出除SIGSTOP和SIGKILL外，进程可以忽略或捕获其他所有信号。

1.Linux信号定义

信号                                值                                含义

SIGHUP                           1                                挂起

SIGINT                            2                                 终端中断

SIGQUIT                          3                                终端退出

SIGILL                              4                                无效命令

SIGTRAP                          5                                跟踪陷阱

SIGIOT                             6                                IOT陷阱

SIGBUS                            7                                BUS错误

SIGFPE                             8                                浮点异常

SIGKILL                            9                               强行终止（不能被捕获或忽略）

SIGUSR1                          10                             用户定义的信号1

SIGSEGV                          11                             无效的内存段处理

SIGUSR2                          12                             用户定义的信号2

SIGPIPE                            13                            半关闭管道的写操作已经发生

SIGALRM                         14                             计时器到期

SIGTERM                         15                              终止

SIGSTLFLT                        16                             堆栈错误

SIGCHLD                          17                             子进程已经停止或退出

SIGCONT                         18                              如果停止了，继续执行

SIGSTOP                          19                              停止执行（不能被捕获或忽略）

SIGTSTP                            20                            终端停止信号

SIGTTIN                            21                             后台进程需要从终端读取输入

SIGTTOU                          22                            后台进程需要向终端写出

SIGURG                            23                            紧急的套接字事件

SIGXCPU                          24                             超额使用CPU分配的时间

SIGXFSZ                            25                           文件尺寸超额

SIGVTALRM                      26                            虚拟时钟信号

SIGPROF                           27                           时钟信号描述

SIGWINCH                        28                           窗口尺寸变化

SIGIO                                29                            I/O

SIGPWR                            30                            断电重启

注：除了 SIGSTOP 和 SIGKILL 两个信号外，进程能够忽略或捕获其他的全部信号。


2.信号接收

linuxweiyh
关注
Linux下的异步通知
qq_40514606的博客
06-18 1136
中断是处理器提供的一种异步机制，我们配置好中断以后就可以让处理器去处理其他的事情了，当中断发生以后会触发我们事先设置好的中断服务函数，在中断服务函数中做具体的处理。阻塞、非阻塞都是通过主动查询实现的，如果可以类似中断一样，设备能主动告诉我们可以访问就好了。信号为此应运而生，软件层次上类似硬件的中断，驱动主动向应用程序发送信号的方式报告自己可以访问了。
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linux异步通知
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简述 linux下异步方式有两种：异步通知和异步IO（AIO），aio请参考：linux异步IO--aio 异步通知的含义是：一旦设备就绪，则主动通知应用程序，这样应用程序就不需要查询设备状态，准确称谓是“信号驱动的异步I/O”。 Linux的I/O机制经历了一下几个阶段的演进： 1. 同步阻塞I/O: 用户进程进行I/O操作，一直阻塞到I/O操作完成为止。 2. 同步非阻塞I/O: 用户程序可以...
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         在很多应用中都需要应用程序主动去查询驱动中是否有数据可读或者是否可以向驱动写入数据，对于单线程的应用，这可能会导致进程阻塞。当然，可以使用select来不断轮询驱动是否可读或可写，但是这并不是很好的解决方法，更好的解决方式是由驱动主动通知应用程序其状态，而不是应用程序主动去查询驱动的状态。        异步通知就类似于回调，应用程序首先向驱动注册一个回调函数，然后应用程序就可...
Linux异步通知机制-系统掉电保存文件
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在本文中，我们将深入探讨Linux异步通知机制中的系统掉电保存文件的功能，以及与之密切相关的驱动程序和应用程序的实现。 首先，我们需要理解Linux异步通知机制的基本概念。异步通知机制是指当一个事件发生时，内核...
十一、（正点原子）Linux异步通知
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异步通知就是用户空间想对驱动空间读或者写某个数据时，不需要一直去查看此数据是否可读或可写，可以去执行其他的任务，当要读或写的数据可以被读或写的时候，驱动空间会向用户空间发送一个信号。当空户空间接收到这个信号时，就停止现在的任务去执行读或写数据。
linux异步通知实验
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中断是处理器提供的一种异步机制，配置好中断后就可以让处理器去处理其他的事情，当中断发生以后会执行中断服务函数，在中断服务函数中做具体的处理。Linux 应用程序可以通过阻塞或者非阻塞两种方式来访问驱动设备，通过阻塞方式访问，应用程序会处于休眠态，等待驱动设备可以使用。非阻塞方式会通过 poll 函数来不断的轮询，查看驱动设备文件是否可以使用。这两种方式都需要应用程序主动去查询设备的使用情况。
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nuix下的I/O编程机制，阻塞、非阻塞等
Linux 异步通知
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01-25 1156
Linux 异步通知 阻塞和非阻塞方式都是采取应用程序主动读取数据的方式。最好的方式是驱动程序主动向应用程序发出通知，报告自己可以被访问，然后应用程序从驱动程序中读取或写入数据，类似于中断，这就需要使用异步通知这个机制来完成此功能。 异步通知使用信号通知，来模拟硬件上使用的中断，只不过信号是软件层面上的。 //信号处理函数 sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler) //要设置处理函数的信号 signum //信号的处理函数 handler
Linux的异步通知
gzxb1995的博客
11-20 1157
目录前言1 概览异步通知2 应用层使用异步通知3 驱动层支持异步通知3.1 响应应用层设置FASYNC——xxx_fasync3.1.1 fasync_helper3.1.2 fasync_add_entry3.1.3 fasync_insert_entry3.1.4 总结3.2 驱动怎么发送信号给进程——kill_fasync3.2.1 kill_fasync3.2.2 kill_fasync_...
Linux中的异步通知
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【版权申明】未经博主同意，谢绝转载！（请尊重原创，博主保留追究权） Linux中的异步通知   当我们的应用程序需要使用硬件设备时, 需要一直查询该硬件设备是否准备就绪, 这是一个不断查询的过程, 若一直未就绪就一直查询, 非常消耗资源.   而我们Linux的异步通知就是为了解决这一个问题. 当设备准备就绪时, 主动告诉应用, 从而节省不断查询而导致的资源浪费.   应用程序工作在Linux...
Linux之异步通知机制
风间琉璃的博客
09-24 1771
是处理器提供的一种，配置好中断后就可以让处理器去处理其他的事情，当中断发生以后会执行中断服务函数，在中断服务函数中做具体的处理。Linux 应用程序可以通过阻塞或者非阻塞两种方式来访问驱动设备，通过阻塞方式访问，应用程序会处于休眠态，等待驱动设备可以使用。非阻塞方式会通过 poll 函数来不断的轮询，查看驱动设备文件是否可以使用。这两种方式都需要应用程序主动去查询设备的使用情况。如果能提供一种中断机制，
linux设备驱动归纳总结（三）：7.异步通知fasync (2010-12-29 15:56)
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linux异步通知是怎么实现的
最新发布
10-04
<think>我们正在讨论Linux异步通知的实现原理。根据用户提供的引用，特别是引用[3]和[5]，我们可以得知异步通知的实现涉及驱动层和应用层的协作，并且使用信号机制来模拟中断。 实现原理： 1. 异步通知的核心是：当设备就绪（例如有数据可读或可写）时，驱动主动发送信号给应用程序，应用程序无需轮询设备状态。 2. 这类似于硬件中断，只不过是在软件层面用信号实现的。 实现步骤： 驱动层： 1. 在设备结构体中定义一个`struct fasync_struct *`指针，用于管理需要通知的进程列表。 2. 在file_operations操作集中实现`fasync`函数，该函数通常使用`fasync_helper`来设置或移除异步通知的进程。 3. 在需要通知应用层的时机（例如中断处理函数中），调用`kill_fasync`函数发送信号。 应用层： 1. 注册信号处理函数（使用signal或sigaction系统调用）。 2. 使用fcntl的F_SETOWN命令将本进程的进程号告诉驱动，这样驱动才知道信号发给谁。 3. 使用fcntl的F_SETFL命令设置FASYNC标志，以开启异步通知。 下面我们将详细说明。 一、驱动层实现 1. 定义fasync结构体指针： 在设备的结构体中（比如私有结构体）添加成员： struct fasync_struct *fasync_queue; 2. 实现file_operations中的fasync函数： 该函数会通过系统调用被应用层触发（当应用层调用fcntl设置FASYNC标志时，内核会调用驱动中的fasync函数）。 示例： static int my_dev_fasync(int fd, struct file *filp, int mode) { struct my_dev *dev = filp->private_data; return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->fasync_queue); } 同时，在file_operations中指定： .fasync = my_dev_fasync, 3. 在驱动需要通知应用层的地方（例如，当设备有数据到达时，在中断处理函数中）： if (dev->fasync_queue) { kill_fasync(&dev->fasync_queue, SIGIO, POLL_IN); } 这里SIGIO是常用的信号，也可以自定义其他信号（但应用层需要相应处理）。POLL_IN表示有数据可读。 4. 在文件关闭时（release函数中），需要移除异步通知： if (dev->fasync_queue) { // 移除所有注册的异步通知 my_dev_fasync(-1, filp, 0); } 二、应用层实现 1. 注册信号处理函数： void signal_handler(int signo) { // 处理信号，例如读取设备数据 } signal(SIGIO, signal_handler); // 将SIGIO信号与处理函数绑定 2. 设置进程为设备文件的拥有者，这样驱动发送的信号才能到达该进程： fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); 3. 开启该设备的异步通知模式： int flags = fcntl(fd, F_GETFL); fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC); 这样，当驱动调用kill_fasync时，应用进程就会收到SIGIO信号，并在信号处理函数中执行相应操作。 三、原理解析 整个异步通知的流程可以概括为： 应用层注册信号处理函数 -> 应用层设置进程拥有者 -> 应用层开启异步通知（FASYNC）-> 驱动通过fasync_helper将进程加入通知队列 -> 当事件发生时驱动发送信号 -> 应用层信号处理函数被调用 注意：驱动中的`fasync_helper`和`kill_fasync`都是Linux内核提供的辅助函数。 引用[4]中强调：异步通知类似于中断，它使得应用程序不必轮询设备状态。 四、数学表达 异步通知的时间效率：假设应用轮询的时间间隔为$T_p$，事件发生到被处理的时间延迟（轮询下）平均为$T_p/2$；而使用异步通知，延迟为$T_i$（中断响应时间）。通常$T_i \ll T_p/2$，因此异步通知可以显著降低延迟[^4]。 五、相关问题 根据异步通知的实现，我们可以提出以下问题： §§相关问题§§ 1. 在Linux驱动中，如何确保多个进程同时请求异步通知时能够正确工作？ 2. 如果应用程序没有及时处理异步通知信号，会导致什么问题？如何避免？ 3. 除了SIGIO，Linux异步通知还可以使用哪些信号？各有何特点？ 4. 异步通知与select/poll/epoll等I/O多路复用机制相比，有什么优缺点？ </think>### Linux异步通知的实现原理 Linux异步通知是一种基于信号的事件驱动机制，允许内核在设备就绪时主动通知用户进程，实现原理如下： #### 一、核心机制 1. **信号模拟中断** 通过软件信号（如SIGIO）模拟硬件中断机制： $$ \text{设备事件} \rightarrow \text{驱动发送信号} \rightarrow \text{用户进程捕获信号} $$ 当设备状态变化（如数据可读/写）时，驱动向指定进程发送信号，无需进程主动轮询[^4]。 2. **关键数据结构** 驱动层通过`fasync_struct`管理异步通知队列： ```c struct fasync_struct { spinlock_t fa_lock; struct fasync_struct *fa_next; // 通知队列链表 struct file *fa_file; int fa_fd; }; ``` #### 二、驱动层实现 1. **初始化异步结构** 在设备结构体中声明指针： ```c struct my_device { struct fasync_struct *async_queue; // 异步通知队列 }; ``` 2. **实现fasync操作** 在`file_operations`中添加： ```c static int my_fasync(int fd, struct file *filp, int mode) { struct my_device *dev = filp->private_data; return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->async_queue); } ``` 3. **触发信号通知** 在事件发生位置（如中断处理）调用： ```c if (dev->async_queue) kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN); // POLL_IN表示可读 ``` 4. **释放资源** 在`release`函数中清理： ```c my_fasync(-1, filp, 0); // 移除注册 ``` #### 三、应用层实现 1. **注册信号处理** ```c void signal_handler(int sig) { // 处理I/O事件 } signal(SIGIO, signal_handler); // 绑定信号[^3] ``` 2. **配置异步通知** ```c fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); // 设置接收进程 int flags = fcntl(fd, F_GETFL); fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC); // 启用异步模式[^3] ``` #### 四、工作流程 ```mermaid sequenceDiagram participant 用户进程 participant 内核驱动 用户进程->>内核驱动: fcntl(F_SETOWN/FASYNC) 内核驱动->>内核驱动: fasync_helper注册进程 设备硬件-->>内核驱动: 中断事件(如数据到达) 内核驱动->>内核驱动: kill_fasync(SIGIO) 内核驱动->>用户进程: 发送SIGIO信号 用户进程->>用户进程: 执行signal_handler() 用户进程->>内核驱动: read()/write() ``` #### 五、性能优势 - **降低CPU占用**：相比轮询，事件触发模式减少空转 $$ E_{\text{cpu}} = \frac{T_{\text{poll}}}{T_{\text{async}}} \propto \frac{1}{\lambda} $$ 其中$\lambda$为事件发生率[^1] - **实时性提升**：响应延迟从毫秒级降至微秒级[^2] --- ###
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