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linux设备驱动归纳总结(三):7.异步通知fasync

2015年04月09日 驱动开发 ⁄ 共 5396字 ⁄ 字号 暂无评论 ⁄ 阅读 143 次

在网上看到的,讲的不错,遂转载过来。原文地址:http://blog.chinaunix.net/uid-25014876-id-62725.html

 

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异步通知fasync是应用于系统调用signalsigaction函数,下面我会使用signal函数。简单的说,signal函数就是让一个信号与与一个函数对应,没当接收到这个信号就会调用相应的函数。

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一、什么是异步通知

个人认为,异步通知类似于中断的机制,如下面的将要举例的程序,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IOpoll它们是调用函数进去检查,条件不满足时还会造成阻塞

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二、应用层中启用异步通知机制

其实就三个步骤:


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。

来个应用程序:


/*3rd_char_7/1st/app/monitor.c*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

unsigned int flag;

void sig_handler(int sig)
{
printf("<app>%s\n", __FUNCTION__);
flag = 1;
}

int main(void)
{
char buf[20];
int fd;
int f_flags;
flag = 0;

fd = open("/dev/test", O_RDWR);
if(fd < 0)
{
perror("open");
return -1;
}
/*三个步骤*/
signal(SIGIO, sig_handler);
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
f_flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, FASYNC | f_flags);

while(1)
{
printf("waiting \n"); //在还没收到信号前,程序还在不停的打印
sleep(4);
if(flag)
break;
}

read(fd, buf, 10);
printf("finish: read[%s]\n", buf);

close(fd);
return 0;
}

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三、驱动中需要实现的异步通知

上面说的三个步骤,内核已经帮忙实现了前两个步骤,只需要我们稍稍实现第三个步骤的一个简单的传参。

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)。这些都由前两个步骤完成了。

回想一下,在实现等待队列中,我们需要将一个等待队列wait_queue_t添加到指定的等待队列头wait_queue_head_t中。

在这里,同样需要把一个结构体struct fasync_struct添加到内核的异步队列头(名字是我自己取的)中。这个结构体用来存放对应设备文件的信息(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。

看一下fasync_struct


struct fasync_struct {
int magic;
int fa_fd;
struct fasync_struct *fa_next; /* singly linked list */ //一看就觉得他是链表
struct file *fa_file;
};

上面说所的步骤都是由内核来完成,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_helperfd,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);
}

讲一下函数fasync_helper:

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

一看就知道,前面的三个参数其实就是teat_fasync的三个参数,只要我们定义号的fasync_struct结构体也传进去就可以了。内核会完成我上面红色自己所说的事情。

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。

既然说完了就上程序:上面的函数需要包含<linux/fs.h>


/*3rd_char_7/1st/test.c*/
struct _test_t{
char kbuf[DEV_SIZE];
unsigned int major;
unsigned int minor;
unsigned int cur_size;
dev_t devno;
struct cdev test_cdev;
wait_queue_head_t test_queue;
wait_queue_head_t read_queue;
wait_queue_head_t write_queue;
struct fasync_struct *async_queue; //1.定义结构体
};
!!J÷浴!!!?
ssize_t test_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offset)
{
int ret;
struct _test_t *dev = filp->private_data;

if(copy_from_user(dev->kbuf, buf, count)){
ret = - EFAULT;
}else{
ret = count;
dev->cur_size += count;
P_DEBUG("write %d bytes, cur_size:[%d]\n", count, dev->cur_size);
P_DEBUG("kbuf is [%s]\n", dev->kbuf);
wake_up_interruptible(&dev->test_queue);
wake_up_interruptible(&dev->read_queue);

if (dev->async_queue){
kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN); //3.可写时发送信号
}
}

return ret; //返回实际写入的字节数或错误号
}
!!J÷浴!!!?
int test_fasync (int fd, struct file *filp, int mode) //2.实现test_fasync
{
struct _test_t *dev = filp->private_data;

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

int test_close(struct inode *node, struct file *filp)
{
test_fasync(-1, filp, 0); //4文件关闭时将结构体从伊部队列中删除
return 0;
}

struct file_operations test_fops = {
.open = test_open,
.release = test_close,
.write = test_write,
.read = test_read,
.poll = test_poll,
.fasync = test_fasync, //此步骤切记
};
.。。。。。。

程序写完了就得验证一下:


[root: app]# insmod ../test.ko
major[253] minor[0]
hello kernel
[root: app]# mknod /dev/test c 253 0
[root: app]# ./monitor& //后台运行monitor
waiting
[root: app]# waiting //不停的打印,没有休眠
waiting
waiting
waiting
waiting
waiting
[root: app]# ./app_write //调用函数写数据,
<kernel>[test_write]write 8 bytes, cur_size:[8]
<kernel>[test_write]kbuf is [techbulo]
<app>s<kernel>[test_read]read data..... //写完后minoter接收到信号,跳出循环读数据
<kernel>[test_read]read 8 bytes, cur_size:[0]
ig_handler //这是在sig_hanler里面打印的,本应出现在读函数之前,因为各个函数抢着打印,所以,出现了乱序,不过不影响验证。
finish: read[techbulo]
[1] + Done ./monitor

贴张图总结一下:

异步通知

异步通知

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四、阻塞型IOpoll和异步通知的区别:

宋宝华书上的图,描述的挺好的:图片不态清晰,将就一下。

阻塞型IO、poll和异步通知的区别

阻塞型IO、poll和异步通知的区别

一个最重要的区别:

1)异步通知是不会造成阻塞的。

2)调用阻塞IO时如果条件不满足,会在驱动函数中的test_readtest_write中阻塞。

3)如果条件不满足,selcet会在系统调用中阻塞。

所谓的异步,就是进程可以在信号没到前干别的事情,等到信号到来了,进程就会被内核通知去做相应的信号操作。进程是不知道信号什么时候来的。

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五,总结

今天只是讲了异步通知在内核中的实现,并且对应的应用函数和驱动函数需要做什么事情。最后总结了一下阻塞IOpoll和异步通知的区别。

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