异步通知机制 fasync

本文详细介绍了Linux系统中异步通知fasync的原理及应用。主要包括fasync的基础概念、如何在应用程序中启用异步通知、内核实现细节以及驱动层面的具体操作。此外还讲解了如何通过信号SIGIO进行异步通知。

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函数概括

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异步通知fasync应用于系统调用signal和sigaction函数,简单的说,signal函数就是让一个信号与一个函数对应,每当接收到这个信号就会调用相应的函数。[1] 

那么什么是异步通知?异步通知类似于中断的机制,当设备可写时,设备驱动函数发送一个信号给内核,告知内核有数据可读,在条件不满足之前,并不会造成阻塞。而不像之前学的阻塞型IO和poll,它们是调用函数进去检查,条件不满足时还会造成阻塞。

使用方式

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其实在应用层启用异步通知只三个步骤:

1)signal(SIGIO, sig_handler);

调用signal函数,让指定的信号SIGIO与处理函数sig_handler对应。

2)fcntl(fd, F_SET_OWNER, getpid());

指定一个进程作为文件的“属主(filp->owner)”,这样内核才知道信号要发给哪个进程。

3)f_flags = fcntl(fd, F_GETFL);

fcntl(fd, F_SETFL, f_flags | FASYNC);

在设备文件中添加FASYNC标志,驱动中就会调用将要实现的test_fasync函数。

三个步骤执行后,一旦有信号产生,相应的进程就会收到。

注意事项

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3.1 异步通知内核实现

实现异步通知,内核需要知道几个东西:哪个文件(filp),什么信号(SIGIIO),发给哪个进程(pid),收到信号后做什么(sig_handler)。这些都由上述前两个步骤完成了,而这前两个步骤内核帮忙实现了,所以,我们只需要实现第三个步骤的一个简单的传参。

3.2 fasync_struct结构体

要实现传参,我们需要把一个结构体struct fasync_struct添加到内核的异步队列中,这个结构体用来存放对应设备文件的信息(如fd, filp)并交给内核来管理。一但收到信号,内核就会在这个所谓的异步队列头找到相应的文件(fd),并在filp->owner中找到对应的进程PID,并且调用对应的sig_handler了。

struct fasync_struct {

int magic;

int fa_fd;

struct fasync_struct *fa_next; /* singly linked list */

struct file *fa_file;

};

3.3 内核中我们的工作

上面说了前两个步骤会由内核完成,所以我们只要做两件事情:

1)定义结构体fasync_struct。

struct fasync_struct *async_queue;

2)实现test_fasync,把函数fasync_helper将fd,filp和定义的结构体传给内核。

int test_fasync (int fd, struct file *filp, int mode)

{

struct _test_t *dev = filp->private_data;

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

}

函数fasync_helper的定义为:

int fasync_helper(int fd, struct file * filp, int on, struct fasync_struct **fapp)

前面的三个参数其实就是teat_fasync的三个参数,所以只要我们定义好的fasync_struct结构体也传进去就可以了。

3.4 其余的工作

另外还有两件事:

3)当设备可写时,调用函数kill_fasync发送信号SIGIO给内核。

if (dev->async_queue){

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

}

讲解一下这个函数:

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

sig就是我们要发送的信号。

band(带宽),一般都是使用POLL_IN,表示设备可读,如果设备可写,使用POLL_OUT

4)当设备关闭时,需要将fasync_struct从异步队列中删除:

test_fasync(-1, filp, 0);

删除也是调用test_fasync,不过改了一下参数而已。

 

 

fasync是为了使驱动的读写和应用程序的读写分开,使得应用程序可以在驱动读写的时候去做别的事。

1、应用程序通过fcntl给自己的SIGIO信号安装自己的响应函数,

2、驱动通过kill_fasync(&async, SIGIO, POLL_IN); 发SIGIO信号给应用程序,应用程序就调用自己安装的响应函数去处理。

3、fasync_helper作用就是初始化fasync这个东西,包括分配内存和设置属性,最后在驱动的release里把fasync_helper初始化的东西free掉。

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