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Linux內(nèi)核開發(fā)之異步通知與異步I/O(一)

作者: 時間:2016-12-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  “小王,聽說過錦上添花吧..”我拍拍下王的頭說。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201612/341125.htm

  “還錦上添花你,為你上次提的幾個東東,我是頭上長包..”小王氣憤地瞪著我。

  “啊,為啥這樣呢,本來還特意拒絕了MM的約會,抽出時間打算給你說點高級的東東,看來現(xiàn)在是不行了”我吃驚道,“這樣吧,這次就給你講些和前邊有關(guān)的東西,也不失為錦上添花不是?”。

  “好,我也是這么打算的,就是沒好意思說,今天講些啥呢?”小王暗淡的眼光總算閃了閃。(為啥這么難受呢,好像跟什么會嚎叫的特像,哈哈)

  那就言歸正傳,今天我們講---設(shè)備驅(qū)動程序之異步通知與.”

  小王,前邊不是講了阻塞與非阻塞訪問,poll()函數(shù)等提供的較好的解決設(shè)備訪問的機(jī)制,那么通過這次有關(guān)異步通知整套機(jī)制的配合,就更相得益彰,錦上添花了。

  啥叫異步通知:很簡單,一旦設(shè)備準(zhǔn)備好,就主動通知應(yīng)用程序,這種情況下應(yīng)用程序就不需要查詢設(shè)備狀態(tài),這是不是特像硬件上常提的“中斷的概念”。上邊比較準(zhǔn)確的說法其實應(yīng)該叫做“信號驅(qū)動的”,信號是在軟件層次上對中斷機(jī)制的一種模擬。

  “小王,給你一個表現(xiàn)的機(jī)會,說說這個和前邊的幾點不同和差異。。”

  “嗯,我的理解是這樣的哈,阻塞I/O意味著一直等待設(shè)備可訪問再訪問,非阻塞I/O意味著使用poll()來查詢是否可訪問,而異步通知則意味著設(shè)備通知應(yīng)用程序自身可訪問。”看著小王聰明的眼睛和清晰的思路,我也忍不住給予一個鼓勵的微笑啊。

  說的好,我只是想強(qiáng)調(diào)一點:上面三種方式,其實本身是沒有優(yōu)劣的,應(yīng)該根據(jù)不同的應(yīng)用場景合理選擇罷了。

  說到信號,在應(yīng)用程序中,為了捕獲信號(還捕獲呢, 不就是一個處理嗎)可以使用signal()函數(shù)來設(shè)置對應(yīng)的信號的處理函數(shù)。函數(shù)原型是

  void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int) 這個看起來費(fèi)勁吧,不光你,我看著也費(fèi)勁,沒關(guān)系,給你來個例子:

  void sigterm_handler(int signo)

  {

  char data[MAX_LEN];

  int len;

  len=read(STDIN_FILENO, &data,MAX_LEN);

  data[len]=0;

  printf("Input available:%sn",data);

  exit(0);

  }

  int main(void)

  {

  int oflags;

  //啟動信號驅(qū)動機(jī)制

  signal(SIGIO, sigterm_handler);

  fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());

  oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);

  fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);

  //建立一個死循環(huán),防止程序結(jié)束

  while(1);

  return 0;

  }

  看了這段代碼明白啥意思了吧,我也不多少了,咱們繼續(xù)往下走..為了一個用戶在用戶空間中能處理一個設(shè)備釋放的信號,它必須完成一下3份工作:

  1)通過F_SETOWN控制指令設(shè)置設(shè)備文件的擁有者為本進(jìn)程,這樣從設(shè)備驅(qū)動中發(fā)出的信號才能被本進(jìn)程收到。

  2)通過F_SETFLIO控制命令設(shè)置設(shè)備文件支持FASYNC,即異步通知模式。

  3)通過signal()鏈接信號和信號處理函數(shù)。

  當(dāng)然,如果你了解linux/Unix信號機(jī)制的話,你可能會問為啥沒說sigaction函數(shù),其實沒關(guān)系,作用差不多,想知道的話,自己看書Apue的P261.

  有了信號的發(fā)送,那么就一定得有信號的釋放了:

  在設(shè)備驅(qū)動和應(yīng)用程序的異步通知交互中,僅僅在應(yīng)用程序端捕獲信號是不夠的,因為信號沒有的源頭是在驅(qū)動端,因此要在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)讓設(shè)備驅(qū)動釋放信號。

  為了使設(shè)備支持異步通知機(jī)制,驅(qū)動程序中涉及三個操作:

  1)支持F_SETOWN命令,能在這個控制命令處理中設(shè)置filp->f_owner為對應(yīng)的進(jìn)程ID。不過此項工作已由內(nèi)核完成,設(shè)備驅(qū)動無須處理。

  2)支持F_SETFL命令的處理,每當(dāng)FASYNC標(biāo)志改變時,驅(qū)動程序中fasync()函數(shù)將得以進(jìn)行。因此,驅(qū)動程序必須實現(xiàn)fasync()函數(shù)。

  3)在設(shè)備資源可獲得時,調(diào)用kill_fasync()函數(shù)激發(fā)相應(yīng)的信號。

  驅(qū)動程序中上面的三步是和應(yīng)用程序是一一對應(yīng)的。如下圖:

  設(shè)備驅(qū)動中異步通知編程還是比較簡單的,主要就是一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),和兩個函數(shù):

  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):fasync_struct結(jié)構(gòu)體

  函數(shù):1)處理FASYNC標(biāo)志變更的函數(shù)int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int mode ,struct fasync_struct **fa);

  2) 釋放信號用的函數(shù)void kill_fasync(struct fasync_struct **fa, int sig, int band);

  和其他設(shè)備驅(qū)動一樣,一般將fasync_struct放到設(shè)備結(jié)構(gòu)體中。下邊是典型模版:

  struct xxx_dev

  {

  struct cdev cdev;

  ...

  struct fasync_struct *async_queue; //異步結(jié)構(gòu)體

  }

  而在驅(qū)動的fasync()函數(shù)中,只需要簡單的將該參數(shù)的3個參數(shù)以及fasync_struct結(jié)構(gòu)體指針的指針作為第四個參數(shù)傳給fasync_helper函數(shù)即可.下邊是典型模版:

  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);

  }

  一旦設(shè)備資源可以獲得時,應(yīng)該調(diào)用kill_fasync()釋放SIGIO信號,可讀時第三個參數(shù)設(shè)置為POLL_IN,可寫時第三個參數(shù)設(shè)置為POLL_OUT,下邊是釋放信號的典型模版:

  static ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,loff_t *f_ops)

  {

  struct xxx_dev *dev = filp->private_data;

  ....

  //產(chǎn)生異步信號

  if(dev->async_queue)

  {

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

  }

  ..

  }

  最后,在文件關(guān)閉時,即在設(shè)備驅(qū)動的release函數(shù)中,應(yīng)調(diào)用設(shè)備驅(qū)動的fasync()函數(shù)將文件從異步通知的列表中刪除,下邊是設(shè)備驅(qū)動的釋放函數(shù)的典型模版:

  static int xxx_release(struct inode *inode, struct file *filp)

  {

  struct xxx_dev *dev = filp->private_data;

  //將文件從異步通知列表中刪除

  xxx_fasync(-1,filp,0);

  ...

  return 0;

  }

  “等等,我知道你明白,你是想向我個例子,我知道你啥意思,沒關(guān)系,我下次補(bǔ)上 。”沒等小王,我立刻給她堵上“你啊,心里幾根小九九,我還不知道啊..”



關(guān)鍵詞: Linux 異步I/O

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