深入探讨Linux驱动技术(四) _异步通知技术的实现原理和相关技术

在Linux驱动程序编写过程中，异步通知技术是一种非常重要的技术。它可以实现高效的事件处理和数据传输，提高系统的性能和响应速度。在本文中，我们将深入探讨Linux驱动技术(四) _异步通知技术的实现原理和相关技术。

异步通知的全称是”信号驱动的异步IO”，通过”信号”的方式，期望获取的资源可用时，驱动会主动通知指定的应用程序，和应用层的”信号”相对应，这里使用的是信号”SIGIO“。操作步骤是

1. 应用层程序将自己注册为接收来自设备文件的SIGIO信号的进程
2. 驱动实现相应的接口，以期具有向所有注册接收这个设备驱动SIGIO信号的应用程序发SIGIO信号的能力。
3. 驱动在适当的位置调用发送函数，应用程序即可接收到SIGIO信号。

整个机制的框架：

“

”

应用层接收SIGIO

和其他信号一样，应用层需要注册一个信号处理函数，
注册的方式还是使用signal()或sigaction()

此外，应用层还需要把自己加入到驱动的通知链表中，加入的代码如下

fcntl(dev_fd,F_SETOWN,getpid());
int oflags = fcntl(dev_fd,F_GETFL);
fcntl(dev_fd，F_SETFL，oflags|FASYNC);
...
while(1);

完成了上面的工作，应用层的程序就可以静待SIGIO的到来了。

驱动发送SIGIO

应用层注册好了，最终的发送还是看设备驱动的处理方式，为了使设备支持异步通知机制，参照应用层的接口，驱动程序中涉及3项工作。

1. 支持F_SETOWN命令，能在这个命令中下设置filp->f_owner为对应进程的ID，这部分内核已经做了
2. 支持F_SETFL,每当FASYNC标志改变时，驱动程序中的**fasync()将得以执行，so，驱动中要实现fasync()**。
3. 当设备资源可用时，通过kill_fasync()发送SIGIO

为了在内核中实现上面这三个功能，驱动需要使用1个结构+2个API，结构是struct fasync_struct,函数是fasync_helper()和kill_fasync()

struct fasync_struct {                                    
        spinlock_t              fa_lock;
        int                     magic;
        int                     fa_fd;
        struct fasync_struct    *fa_next; /* singly linked list */
        struct file             *fa_file;
        struct rcu_head         fa_rcu;
};

fasync_helper()的作用是将一个fasync_struct的对象注册进内核，应用层执行**fcntl(dev_fd，F_SETFL，oflags|FASYNC)时会回调驱动的fops.fasync()，所以通常将fasync_helper()放到fasync()**的实现中。

/**
 *fasync_helper - 将一个fasync_struct对象注册进内核
 *@fd:文件描述符，由fasync传入
 *@filp:file指针，由fasync传入
 *@sig:信号类型，通常使用的就是SIGIO
 *@dev_fasync:事前准备的fasync_struct对象指针的指针
 */
int fasync_helper(int fd, struct file * filp, int sig, struct fasync_struct ** dev_fasync);   

下面这个API就是释放SIGIO，根据需求的不同放到不同的位置。

/**
 *kill_fasync - 释放一个信号
 *@dev_fasync:事前使用fasync_helper注册进内核的fasync_struct对象指针的指针
 *@filp:file指针，由fasync传入
 *@sig:信号类型，通常使用的就是SIGIO
 *@flag:标志，通常，如果资源可读用POLLIN，如果资源可写用POLLOUT
 */
void kill_fasync(struct fasync_struct **dev_fasync, int sig, int flag);

驱动模板

下面这个驱动模板针对在硬件中断到来(资源可用)的时候向应用层发信号，实际的操作中表明资源可用的情境还有很多

static struct fasync_struct *fasync = NULL;

static irqreturn_t handler(int irq, void *dev)
{
    kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLLIN);
    return IRQ_HANDLED;
}
static int demo_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)
{
    return fasync_helper(fd, filp, mode, &fasync);
}
struct file_operations fops = {
    ...
    .fasync = demo_fasync,
    ...
}
static int __init demo_init(void)
{
    ...
    request_irq(irq, handler, IRQF_TRIGGER_RISING, "demo", NULL);
    ...
}

总之，异步通知技术是Linux驱动程序编写过程中不可或缺的一部分。它可以实现高效的事件处理和数据传输，提高系统的性能和响应速度。希望本文能够帮助读者更好地理解Linux驱动技术(四) _异步通知技术的实现原理和相关技术。

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