Linux 设备驱动中的 I/O模型(二)—— 异步通知和异步I/O
阻塞和非阻塞访问、poll() 函数提供了较多地解决设备访问的机制,但是如果有了异步通知整套机制就更加完善了。
异步通知的意思是:一旦设备就绪,则主动通知应用程序,这样应用程序根本就不需要查询设备状态,这一点非常类似于硬件上“中断”的概念,比较准确的称谓是“信号驱动的异步I/O”。信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟,在原理上,一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是异步的,一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达,事实上,进程也不知道信号到底什么时候到达。
阻塞I/O意味着移植等待设备可访问后再访问,非阻塞I/O中使用poll()意味着查询设备是否可访问,而异步通知则意味着设备通知自身可访问,实现了异步I/O。由此可见,这种方式I/O可以互为补充。
1、异步通知的概念和作用
影响:阻塞–应用程序无需轮询设备是否可以访问
非阻塞–中断进行通知
即:由驱动发起,主动通知应用程序
2、linux异步通知编程
2.1 linux信号
作用:linux系统中,异步通知使用信号来实现
函数原型为:
void (*signal(int signum,void (*handler))(int)))(int)
原型比较难理解可以分解为
typedef void(*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);
第一个参数是指定信号的值,第二个参数是指定针对前面信号的处理函数
2.2 信号的处理函数(在应用程序端捕获信号)
signal()函数
- //启动信号机制
- void sigterm_handler(int sigo)
- {
- char data[MAX_LEN];
- int len;
- len = read(STDIN_FILENO,&data,MAX_LEN);
- data[len] = 0;
- printf("Input available:%s\n",data);
- exit(0);
- }
- int main(void)
- {
- int oflags;
- //启动信号驱动机制
- signal(SIGIO,sigterm_handler);
- fcntl(STDIN_FILENO,F_SETOWN,getpid());
- oflags = fcntl(STDIN_FILENO,F_GETFL);
- fctcl(STDIN_FILENO,F_SETFL,oflags | FASYNC);
- //建立一个死循环,防止程序结束
- whlie(1);
- return 0;
- }
2.3 信号的释放 (在设备驱动端释放信号)
为了是设备支持异步通知机制,驱动程序中涉及以下3项工作
(1)、支持F_SETOWN命令,能在这个控制命令处理中设置filp->f_owner为对应的进程ID。不过此项工作已由内核完成,设备驱动无须处理。
(2)、支持F_SETFL命令处理,每当FASYNC标志改变时,驱动函数中的fasync()函数得以执行。因此,驱动中应该实现fasync()函数
(3)、在设备资源中可获得,调用kill_fasync()函数激发相应的信号
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。这个数据结构是fasync_struct 结构体,两个函数分别是:
a -- 处理FASYNC标志变更
int fasync_helper(int fd,struct file *filp,int mode,struct fasync_struct **fa);
b -- 释放信号用的函数
void kill_fasync(struct fasync_struct **fa,int sig,int band);
和其他结构体指针放到设备结构体中,模板如下
- struct xxx_dev{
- struct cdev cdev;
- ...
- struct fasync_struct *async_queue;
- //异步结构体指针
- };
在设备驱动中的fasync()函数中,只需简单地将该函数的3个参数以及fasync_struct结构体指针的指针作为第四个参数传入fasync_helper()函数就可以了,模板如下
- static int xxx_fasync(int fd,struct file *filp, int mode)
- {
- struct xxx_dev *dev = filp->private_data;
- return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->async_queue);
- }
在设备资源可获得时应该调用kill_fasync()函数释放SIGIO信号,可读时第三个参数为POLL_IN,可写时第三个参数为POLL_OUT,模板如下
- static ssize_t xxx_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t count,loff_t *ppos)
- {
- struct xxx_dev *dev = filp->private_data;
- ...
- if(dev->async_queue)
- kill_fasync(&dev->async_queue,GIGIO,POLL_IN);
- ...
- }
最后在文件关闭时,要将文件从异步通知列表中删除
- int xxx_release(struct inode *inode,struct file *filp)
- {
- xxx_fasync(-1,filp,0);
- ...
- return 0;
- }
3、下面是个实例:
hello.c
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/fs.h>
- #include <linux/cdev.h>
- #include <linux/device.h>
- #include <asm/uaccess.h>
- #include <linux/fcntl.h>
- static int major = 250;
- static int minor=0;
- static dev_t devno;
- static struct class *cls;
- static struct device *test_device;
- static char temp[64]={0};
- static struct fasync_struct *fasync;
- static int hello_open (struct inode *inode, struct file *filep)
- {
- return 0;
- }
- static int hello_release(struct inode *inode, struct file *filep)
- {
- return 0;
- }
- static ssize_t hello_read(struct file *filep, char __user *buf, size_t len, loff_t *pos)
- {
- if(len>64)
- {
- len =64;
- }
- if(copy_to_user(buf,temp,len))
- {
- return -EFAULT;
- }
- return len;
- }
- static ssize_t hello_write(struct file *filep, const char __user *buf, size_t len, loff_t *pos)
- {
- if(len>64)
- {
- len = 64;
- }
- if(copy_from_user(temp,buf,len))
- {
- return -EFAULT;
- }
- printk("write %s\n",temp);
- kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
- return len;
- }
- static int hello_fasync (int fd, struct file * file, int on)
- {
- return fasync_helper(fd, file, on, &fasync);
- }
- static struct file_operations hello_ops=
- {
- .open = hello_open,
- .release = hello_release,
- .read =hello_read,
- .write=hello_write,
- };
- static int hello_init(void)
- {
- int ret;
- devno = MKDEV(major,minor);
- ret = register_chrdev(major,"hello",&hello_ops);
- cls = class_create(THIS_MODULE, "myclass");
- if(IS_ERR(cls))
- {
- unregister_chrdev(major,"hello");
- return -EBUSY;
- }
- test_device = device_create(cls,NULL,devno,NULL,"hello");//mknod /dev/hello
- if(IS_ERR(test_device))
- {
- class_destroy(cls);
- unregister_chrdev(major,"hello");
- return -EBUSY;
- }
- return 0;
- }
- static void hello_exit(void)
- {
- device_destroy(cls,devno);
- class_destroy(cls);
- unregister_chrdev(major,"hello");
- printk("hello_exit \n");
- }
- MODULE_LICENSE("GPL");
- module_init(hello_init);
- module_exit(hello_exit);
test.c
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <stdio.h>
- #include <signal.h>
- static int fd,len;
- static char buf[64]={0};
- void func(int signo)
- {
- printf("signo %d \n",signo);
- read(fd,buf,64);
- printf("buf=%s \n",buf);
- }
- main()
- {
- int flage,i=0;
- fd = open("/dev/hello",O_RDWR);
- if(fd<0)
- {
- perror("open fail \n");
- return ;
- }
- fcntl(fd,F_SETOWN,getpid());
- flage = fcntl(fd,F_GETFL);
- fcntl(fd,F_SETFL,flage|FASYNC);
- signal(SIGIO,func);
- while(1)
- {
- sleep(1);
- printf("%d\n",i++);
- }
- close(fd);
- }
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