驱动程序中（4种I/O模型）

1 阻塞：  在应用层调用read函数的时候，如果硬件中的数据没有准备好，此时进程会进入休眠状态，当硬件的数据准备好的时候会给驱动发送中断。驱动收到中断之后，唤醒休眠的进程。这个被唤醒的进程在driver_read读取硬件的数据，并把数据  返回到用户空间。(模型中断)

可以使用队列，把整个进程进入到队列中，使进程进入阻塞的状态，当有数据产生的时候，产生中断，唤醒在队列中的进程，从而读取数据.

队列：

         wait_queue_head_t wq  //定义等待队列头

        init_waitqueue_head(&wq)//初始化等待队列头

         wait_event(wq, condition)  //不可中断的等待态

        wait_event_interruptible(wq, condition)//可中断的等待态(当产生中断信号就可以唤醒)

        参数：

        @wq         :等待对列头

        @condition :如果条件为假表示可休眠，如果为真表示不休眠

        返回值：成功返回0，失败返回错误码

        w ake_up(&wq)

        wake_up_interruptible(&wq)

        唤醒休眠

        condition = 1;

        分析：wake_up_interruptible()唤醒后，wait_event_interruptible(wq, condition)宏，自身再检查“condition”这个条件以决定是返回还是继续休眠，真(1)则返回，假(0)则继续睡眠，不过这个程序中若有中断程序的话，中断来了，还是会继续执行中断函数的。只有当执行wake_up_interruptible()并且condition条件成立时才会把程序从队列中唤醒。

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        user

        fd = open("hello",O_RDWR); //阻塞的方式打开文件

        read(fd,buf,sizeof(buf));

    -----------------------------------------------------

        kernel:

        fops:driver_read()

        {

            

             //2.阻塞方式打开的

             那进入休眠状态(等待唤醒)

 

            3.读取数据拷贝数据

        }

 ========================================================

     

 

2 非阻塞：在应用层调用read函数的时候，不管硬件的数据是否准备好都需要立返回到用户空间

   open（）函数默认的是阻塞模式，我们需要把它设置成非阻塞模式

   int open(const char *pathname, int flags);

   参数1：文件的路径

   参数2：打开的的方式如下图

  

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     user

        fd = open("hello",O_RDWR|O_NONBLOCK); //非阻塞的方式打开文件

        read(fd,buf,sizeof(buf));

    -----------------------------------------------------------------

    kernel:

        fops:driver_read()

        {

             1.检查用户打开驱动的设备文件的方式

              if(file->f_flags & O_NONBLOCK&!esswait)

                return -EINVAL;  

                

                //非阻塞方式打开

                2.读取数据，向用户空间拷贝数据

                

            

        }

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3 I/O多路复用（select/poll/epoll)

 

#include <poll.h>

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

参数1 ：一个结构体指针  struct pollfd *fds

             struct pollfd {

               int fd;               //文件描述符

              short events;     //产生的事件如读写错误                         

                              POLLIN  读写

                              POLLOUT 写

                              POLLERR 出错 

              short revents;  //结果描述，表示当前的fd是否可读，写初错

                              //用于判断出错

                               POLLIN  读写

                               POLLOUT 写

                               POLLERR 出错

参数2 nfds：要监视的描述符的数目

参数3 timeout 超时时间  是指定poll在返回前没有接收事件时应该等待的时间。 

                       timeout值:

                       INFTIM     永远等待(为负数)

                       0           立即返回，不阻塞进程

                       >0         等待指定数目的毫秒数      

返回值:

           负数：表示出错

          大于0 表示fd有数据

          小于0 表示时间到

  如果在应用中使用了poll对设备文件进行了监控，那么在驱动中必须必须实现poll

   unsigned  int  xxx_poll(struct  file *filp,struct poll_table_struct *pts)

    {

          //返回一个mask数值

          unsigned  int mask;

          //调用poll_wait，将当前的等待队列注册系统中

          poll_wait();

          //当没有数据的时候返回一个0(通过判断队列的状态)

          //当有数据的时候返回一个POLLIN

    }

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  int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 

 功 能：select用于监测是哪个或哪些文件描述符产生件; 

            参数：nfds：         监测的最大文件描述个数

                      readfds：     读事件集合; //读

                      writefds：     写事件集合;  //NULL表示不关心

                      exceptfds：   异常事件集合(带外集合);  //一般为NULL

                      timeout：      超时设置.  NULL：一直阻塞，直到有文件描述符就绪或出错

                                            时间值为0：仅仅检测文件描述符集的状态，然后立即返回

                                            时间值不为0：在指定时间内，如果没有事件发生，则超时返回

                       struct timeval {

               long    tv_sec;           /* seconds */秒

               long    tv_usec;        /* microseconds */微妙

           };

   select返回值：  <0  出错

                            >0  表示有事件产生;

                            ==0 表示超时时间已到

注意:当select()函数退出后，集合表示有数据的集合

       当select()函数退出前，集合表示描述符的集合

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//把fd从集合中清除

int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断fd是否在在集合中

void FD_SET(int fd, fd_set *set);//把描述符插入到集合中

void FD_ZERO(fd_set *set);//对集合清零

if( FD_ISSET(int fd, fd_set *set))//判断fd是否在集合中

{  

 

}

 

//在我们调用select时进程会一直阻塞直到以下的一种情况发生.

有文件可以读.

有文件可以写.

超时所设置的时间到

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epoll的使用（现在常用的是epoll)

man epoll

#include <sys/epoll.h>

功能：创建epoll的实例

int epoll_create(int size);

参数：

      @size  :无效了

       返回值：成功返回epoll实例的文件描述符，失败-1；

 

//功能：向epoll实例中添加文件描述符，或者从中删除文件描述符

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

参数：

        @ epfd :epoll实例的文件描述符

        @ op   :EPOLL_CTL_ADD  添加文件描述符

                    EPOLL_CTL_MOD  更正对文件描述符监听的事件

                    EPOLL_CTL_DEL  删除文件描述符

        @ fd   :想要添加的文件描述符

        @event ：epoll_event

         typedef union epoll_data {

               int          fd;

         } epoll_data_t;

         struct epoll_event {

               uint32_t     events;    //监听的事件的类型EPOLLIN读/EPOLLOUT写

               epoll_data_t data;      //fd

           };

EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；

EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；

EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；

EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；

EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；

EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。

EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

        返回值：成功返回0，失败返回-1

 

 

//功能：阻塞等待文件描述符对应驱动的数据是否准备好    //死等    

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);

参数：    

          @epfd        :e poll实例的文件描述符

          @events     :被返回的epoll_event

          @maxevents  :监听文件描述符的最大值

          @timeout    :超时(-1表示或略超时时间)

          返回值：>0  :返回文件描述符的个数

                       =0  :超时

                        -1  :失败了

注意：支持管道，FIFO，套接字，POSIX消息队列，终端，设备等，但是就是不支持普通文件或目录的

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4 异步通知

    在应用层使用signal为一个信号绑定一个处理函数，应用层执行signal之后接着往下执行。当硬件中的数据准备好的时候硬件会给驱动发送中断，驱动收到中断后给应用程序发送信号，应用程序收到信号后执行信号处理函数，并在信号处理函数中调用read函数读取数据。

#include <signal.h>

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

参数1  signum信号量  

参数2  handler处理函数‘

 

功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性。

int fcntl(int fd, int cmd);

int fcntl(int fd, int cmd, long arg);         

int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

描述： fcntl()针对(文件)描述符提供控制.参数fd是被参数cmd操作(如下面的描述)的描述符.            

           针对cmd的值,fcntl能够接受第三个参数（arg）

 参数1   fd 文件描述符

 参数2  cmd

             复制一个现有的描述符（cmd=F_DUPFD）.

             获得／设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD).

             获得／设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL).

             获得／设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN).

             获得／设置记录锁(cmd=F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW)

             注意:在修改文件描述符标志或文件状态标志时必须谨慎，先要取得现在的标志值 然后按照希望修改它，  最后设置新标志值。不能只是执行F_SETFD或F_SETFL命令，这样会关闭以前设置的标志位。

 

[返回值]

fcntl()的返回值 与命令有关 ： 如果出错，所有命令都返回－1，如果成功则返回某个其他值。下列三个命令有特定返回值：F_DUPFD , F_GETFD , F_GETFL以及F_GETOWN。

    F_DUPFD   返回新的文件描述符

    F_GETFD   返回相应标志

    F_GETFL , F_GETOWN   返回一个正的进程ID或负的进程组ID

cmd值的F_GETFL和F_SETFL : F_GETFL取得fd的文件状态标志，如同下面的描述一样(arg被忽略)，在说明open函数时，已说明了文件状态标志。不幸的是，三个存取方式标志 (O_RDONLY , O_WRONLY , 以及O_RDWR)并不各占1位。(这三种标志的值各是0 , 1和2，由于历史原因，这三种值互斥 — 一个文件只能有这三种值之一。) 因此首先 必须用屏蔽字O_ACCMODE相与取得存取方式位，然后将结果与这三种值相比较。  

F_SETFL    设置给arg描述符状态标志，可以更改的几个标志是：O_APPEND，O_NONBLOCK，O_SYNC 和 O_ASYNC。 而fcntl的文件状态标志总共有7个：O_RDONLY , O_WRONLY , O_RDWR , O_APPEND , O_NONBLOCK , O_SYNC和O_ASYNC             

可更改的几个标志如下面的描述：

    O_NONBLOCK   非阻塞I/O，如果read(2)调用没有可读取的数据，或者如果write(2)操作将阻塞，则read或write调用将返回-1和EAGAIN错误

    O_APPEND     强制每次写(write)操作都添加在文件大的末尾，相当于open(2)的O_APPEND标志

    O_DIRECT       最小化或去掉reading和writing的缓存影响。系统将企图避免缓存你的读或写的数据。如果不能够避免缓存，那么它将最小化已经被缓存了的数据造成的影响。如果这个标志用的不够好，将大大的降低性能

    O_ASYNC      当I/O可用的时候，允许SIGIO信号发送到进程组，例如：当有数据可以读的时候

cmd值的F_GETOWN和F_SETOWN：   

F_GETOWN   取得当前正在接收SIGIO或者SIGURG信号的进程id或进程组id，进程组id返回的是负值(arg被忽略)     

F_SETOWN   设置将接收SIGIO和SIGURG信号的进程id或进程组id，进程组id通过提供负值的arg来说明(arg绝对值的一个进程组ID)，否则arg将被认为是进程id

 

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 应用层:

 1. signal(SIGIO,信号的处理函数);

 2. fcntl(fd,F_SETFL,fcntl(fd, F_GETFL)|FASYNC);//重新设置文件状态的标志

 3. fcntl(fd,F_SETOWN,getpid());//设置将接收SIGIO和SIGURG信号的进程id或进程组id

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 驱动----发送信号

1 需要和进程进行关联--记录信号发送给谁

  实现一个fasync()的接口

  int    key_drv_fasync (int   fd,  struct file *file, int on);

 {

        //记录信号发送给谁

        return fasync_helper(fd,file,on,&key->fasync);

 }

然后在特定的环境中发送信号（函数)，当有数据的时候:

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