arm驱动linux异步通知与异步IO

《[arm驱动]linux异步通知与异步IO》涉及内核驱动函数二个，内核结构体一个，分析了内核驱动函数二个；可参考的相关应用程序模板或内核驱动模板二个，可参考的相关应用程序模板或内核驱动三个

描述:设备文件IO访问:阻塞与非阻塞io访问，poll函数提供较好的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整了

一、阻塞 I/O,非阻塞IO,异步I/O

1、阻塞 I/O :挂起进程一直等待设备可访问后再访问

2、非阻塞IO:进程进行对设备访问一次，不可访问时，继续执行下一条指令
3、异步I/O：非常类似于硬件上“中断”的概念(硬件去call软件,内核去call应用程序)；信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟；

a)原理：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;“一个进程收到一个异步通知信号"与"处理器收到一个中断请求"原理是一样的；

4、异步I/O通知队列(async_queue):内核通过“内核异步通知的程序 fasync()函数”将设备文件fd描述符加入异步通知队列(内核异步通知的链表)。当fd有I/O操作发生时内核通过kill_fasync()释放(产生) SIGIO 信号，从而达到主动通知注册过SIG_IO信号的应用程序。

5、异步通知对象:首先它是设备文件,其次要注册过fasync()函的文件；异步通知对象不是不是普通文件(不是随便的/tmp/text.txt)，因为普通文件没有在内核中实现fasync()函数和kill_fasync()
二、异步通讯应用程序部分
模板一)设备文件的异步通知应用程序

voidinput_handler(intnum){//信号处理函数
}
//打开目标设备
fd = open("设备文件路径如/dev/xxx", O_RDWR);
//设置好目标设备的SIGIO信号处理程序;等待内核kill_fasync()释放 SIGIO 信号
signal(SIGIO,input_handler);
//使当前进程变成文件的主人,这样才能使文件中的信号发到当前进程
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
//获得当前fd的flag值
oflags = fcntl(fd, F_GETFL);
/*设置设备文件描述符号fd的FASYNC异步通知标志,
即给fd添加异步通知模式，fasync()函数将fd加入异步IO通知队列*/
fcntl(fd, F_SETFL, oflags | FASYNC);

图示一、异步通知工作过程图

实例一)以标准输入输出设备异步通知

#include
#include
#include
#include
#include
#define MAX_LEN 100
voidinput_handler(intnum)
{
chardata[MAX_LEN];
intlen;
len = read(STDIN_FILENO, &data, MAX_LEN);
data[len] = 0;
printf("input available :%s\n", data);
}
voidsetFdAsync(intfd){
intoflags;
//当前进程变成文件的主人
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
//本程序中fd = STDIN_FILENO标准输入设备设备文件描述符号;普通文件内核中没有实现FASYNC，不能使用异步通知
oflags = fcntl(fd, F_GETFL);//
//FASYNC在glibc 的fcntl.h文件中可以看到这样的定义 #define FASYNC O_ASYNC
fcntl(fd, F_SETFL, oflags | FASYNC);
}
voidmain(){
intfd = STDIN_FILENO;//STDIN_FILENO输入输出设备描述符号,一般是键盘
signal(SIGIO,input_handler);//设置好目标设备的SIGIO信号处理程序;等待内核kill_fasync()释放 SIGIO 信号
setFdAsync(fd);
while(1);
}

运行结果:

efgwrfgregr
input available :efgwrfgregr
sfsdf
input available :sfsdf
//本程序电脑上运行时，由于系统对STDIN_FILENO有特殊保护，while里面的程序运行了两次，进程就被系统挂机休眠，此时cpu消耗为0；
//但我在arm开发板上的linux2.6内核运行时,while正常，进程不被挂起，估计是没键盘的原因...，也待解

三、驱动程序部分
驱动程序：一项数据结构和两个函数
结构体一)一项数据结构----- fasync_struct结构体
内核源码一）fasync_struct结构体内核源码

struct fasync_struct {
int magic;//启用设备文件镜像,监听文件是否变化(这个说法我猜的)
int fa_fd;//文件描述符
struct fasync_struct *fa_next; /* 异步通知单链表 */
//filp是进程通过PCB中的文件描述符表找到该fd所指向的文件指针；在fopen流操作中使用file结构体指针它的优点是带有I/O缓存
struct file *fa_file;
//struct file表示该进程打开的文件，其中有一个owner属性,用来表示打开设备文件的进程
};

两个函数
内核部分函数一)fasync_helper处理设备文件异步通知的标志(O_ASYNC或FASYNC)，将fd加入异步通知队列函数

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

内核源码二）fasync_helper内核源码分析

//第一次因为on = MODE = oflag | FASYNC,on!=0所以执行if (on)对st