从驱动程序角度分析高级io

熟悉类unix系统的朋友应该都知道，unix的哲学思想有三个：
1 一切皆文件
2 用简单的命令组合实现复杂的事情
3 不记得了

今天要分析的高级io，自然离不开文件，驱动程序就更离不开文件了，熟悉unix编程的人都应该清楚，对于各种数据的读写，包括网络，文件，管道等都是通过fd去读写的，而这个fd正是通过打开文件获取的，对于驱动程序（/dev/目录）的访问和一些系统信息（/proc/目录），都是以读写文件的方式访问。

言归正传，我们今天的主题是从驱动程序角度分析高级io，自然要从驱动程序说起，上述内容，都是要读者认识到io从读写文件发起。

unix系统为我们提供了两个最常用的操作文件的系统调用 read,write,

对于read write 有分为阻塞io,非阻塞io，非阻塞io有分为基于信号量的io,io复用(select,poll,epoll).

下面我们就从驱动程序角度去分析这些io

实现unix驱动程序，要给文件系统提供接口，将驱动程序的放到文件系统中，这样使用驱动的程序才能访问它，当然有的不会再/dev文件夹下放置访问点，则可以通过类似mknod去创建访问该设备的文件。

linux为驱动开发者提供了一系列接口要求驱动程序开发者去实现。这其中就包含文件的读写接口，和高级io的一些接口。

下面列举下本文关心的接口，类似于系统提供了如下回调函数给开发者（在操作文件的时候）：

int (*open)(struct inode *inode, struct file *filp);  打开文件时调用

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); // 读取文件时调用

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);//写文件时候调用

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);// 调用 select   poll epill时候调用

int (*release) (struct inode *, struct file *); //关闭文件时候调用

int (*fasync) (int, struct file *, int); //基于信号的io使用

当用户打开一个驱动设备的时候，就会调用open（可以阻塞的包括read write read方法）

1 经典的阻塞io，当调用read write open的时候，如果没有数据（可写入空间），或者设备没有准备好的时候，会将当前进程放入阻塞队列（包括独占阻塞和非独占，这里就详细说明），所以就会阻塞，当数据准备完成之后，就会调用notify，阻塞的进程将会被唤醒。

2 如果读写进程将访问该文件的模式设置成非组赛的，则当数据没有准备好的时候，驱动程序会马上返回-AGAIN ，则系统调用马上返回，读写进程可能会进行重试，也可能是一次探测。

3 多路复用，包括poll select epoll，这种io会观察很多文件描述符是否可读写，如果不可读写则会阻塞，知道某个设备可读写或者超时，这个功能则是设备驱动的poll函数实现，内核会调用进程关心的描述符对应的设备的poll方法，驱动程序告诉内核自己是否有数据（可写入空间），可读或者可写，或者可读写，如果所有设备都没有数据（可写入空间），则内核会将调用进程阻塞，知道某个设备有数据（可写入空间）后notify，唤醒进程。进程被唤醒后，就可以根据poll系函数返回的结果对该设备进行读写（当然有可能读写的时候还会阻塞，为什么自己去猜）

4 基于信号量
基于信号量的io,就是调用驱动程序的fasync函数，当用户通过fcntl函数设置文件描述符的所属进程，和告诉内核当数据可读或者可写之后通知进程。就会调用驱动程序的fasync函数，驱动程序会将改进程放入一个队列。 之后当有数据 （或者空间）的时候，调用kill_fasync,给改进程发送一个信号，进程就可以读写数据了。

以上就是各种高级io的实现原理