在設備驅動中使用異步通知可以使得對設備的訪問可進行時，由驅動主動通知應用程序進行訪問。因此，使用無阻塞I/O的應用程序無需輪詢設備是否可訪問，而阻塞訪問也可以被類似“中斷”的異步通知所取代。異步通知類似於硬件上的“中斷”概念，比較准確的稱謂是“信號驅動的異步I/O"。
1、異步通知的概念和作用
影響：阻塞--應用程序無需輪詢設備是否可以訪問
非阻塞--中斷進行通知
即：由驅動發起，主動通知應用程序
2、linux異步通知編程
2.1 linux信號
作用：linux系統中，異步通知使用信號來實現
函數原型為：
void (*signal(int signum,void (*handler))(int)))(int)
原型比較難理解可以分解為
typedef void(*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);
第一個參數是指定信號的值，第二個參數是指定針對前面信號的處理函數
2.2 信號的處理函數（在應用程序端捕獲信號）
signal()函數
例子：
//啟動信號機制
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;
//啟動信號驅動機制
signal(SIGIO,sigterm_handler);
fcntl(STDIN_FILENO,F_SETOWN,getpid());
oflags = fcntl(STDIN_FILENO,F_GETFL);
fctcl(STDIN_FILENO,F_SETFL,oflags | FASYNC);
//建立一個死循環，防止程序結束
whlie(1);
return 0;
}
2.3 信號的釋放 (在設備驅動端釋放信號)
為了是設備支持異步通知機制，驅動程序中涉及以下3項工作
（1）、支持F_SETOWN命令，能在這個控制命令處理中設置filp->f_owner為對應的進程ID。不過此項工作已由內核完成，設備驅動無須處理。
（2）、支持F_SETFL命令處理，每當FASYNC標志改變時，驅動函數中的fasync()函數得以執行。因此，驅動中應該實現fasync()函數
（3）、在設備資源中可獲得，調用kill_fasync（）函數激發相應的信號
設備驅動中異步通知編程：
（1）、fasync_struct加入設備結構體模板中
（2）、兩個函數
處理FASYNC標志的兩個函數： int fasync_helper(int fd,struct file *filp,int mode,struct fasync_struct **fa);
釋放信號的函數： void kill_fasync(struct fasync_struct **fa,int sig,int band);
和其他結構體指針放到設備結構體中，模板如下
struct xxx_dev{
struct cdev cdev;
...
struct fasync_struct *async_queue;//異步結構體指針
};
2.4 在設備驅動中的fasync()函數中，只需簡單地將該函數的3個參數以及fasync_struct結構體指針的指針作為第四個參數傳入fasync_helper()函數就可以了，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);
}
2.5 在設備資源可獲得時應該調用kill_fasync()函數釋放SIGIO信號，可讀時第三個參數為POLL_IN，可寫時第三個參數為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);
...
}
2.6 最后在文件關閉時，要將文件從異步通知列表中刪除
int xxx_release(struct inode *inode,struct file *filp)
{
xxx_fasync(-1,filp,0);
...
return 0;
}
3、linux2.6異步I/O
同步I/O：linux系統中最常用的輸入輸出（I/O）模型是同步I/O，在這個模型中，當請求發出后，應用程序就會阻塞，知道請求滿足
異步I/O：I/O請求可能需要與其它進程產生交疊
Linux 系統中最常用的輸入/輸出（I/O）模型是同步 I/O。在這個模型中，當請求發出之后，應用程序就會阻塞，直到請求滿足為止。這是很好的一種解決方案，因為調用應用程序在等待 I/O 請求完成時不需要使用任何中央處理單元（CPU）。但是在某
些情況下，I/O 請求可能需要與其他進程產生交疊。可移植操作系統接口（POSIX）異步 I/O（AIO）應用程序接口（API）就提供了這種功能
4.1、AIO系列API：
aio_read--異步讀
aio_read 函數的原型如下：
int aio_read( struct aiocb *aiocbp );
aio_read()函數在請求進行排隊之后會立即返回。如果執行成功，返回值就為 0；如果出現錯誤，返回值就為−1，並設置 errno 的值。
aio_write--異步寫
aio_write()函數用來請求一個異步寫操作，其函數原型如下：
int aio_write( struct aiocb *aiocbp );
aio_write()函數會立即返回，說明請求已經進行排隊（成功時返回值為 0，失敗時返回值為−1，並相應地設置 errno。
aio_error--確定請求的狀態
aio_error 函數被用來確定請求的狀態，其原型如下：
int aio_error( struct aiocb *aiocbp );
這個函數可以返回以下內容。
EINPROGRESS：說明請求尚未完成。
ECANCELLED：說明請求被應用程序取消了。
-1：說明發生了錯誤，具體錯誤原因由 errno 記錄。
aio_return--獲得異步操作的返回值
異步 I/O 和標准塊 I/O 之間的另外一個區別是不能立即訪問這個函數的返回狀態，因為並沒有阻塞在 read()調用上。在標准的 read()調用中，返回狀態是在該函數返回時提供的。但是在異步 I/O 中，我們要使用 aio_return()函數。這個函數的原型如下：
ssize_t aio_return( struct aiocb *aiocbp );
只有在 aio_error()調用確定請求已經完成（可能成功，也可能發生了錯誤）之后，才會調用這個函數。aio_return()的返回值就等價於同步情況中 read 或 write 系統調用的返回值（所傳輸的字節數，如果發生錯誤，返回值就為−1）。
aio_suspend--掛起異步操作，知道異步請求完成為止
aio_suspend()函數來掛起（或阻塞）調用進程，直到異步請求完成為止，此時會產生一個信號，或者發生其他超時操作。調用者提供了一個 aiocb 引用列表，其中任何一個完成都會導致 aio_suspend()返回。aio_suspend 的函數原型如下：
int aio_suspend( const struct aiocb *const cblist[], int n, const struct timespec *timeout );
aio_cancel--取消異步請求
aio_cancel()函數允許用戶取消對某個文件描述符執行的一個或所有 I/O 請求。其原型如下：
int aio_cancel( int fd, struct aiocb *aiocbp );
如果要取消一個請求，用戶需提供文件描述符和 aiocb 引用。如果這個請求被成功取消了，那么這個函數就會返回 AIO_CANCELED。如果請求完成了，這個函數就會返回AIO_NOTCANCELED。 如果要取消對某個給定文件描述符的所有請求，用戶需要提供這個文件的描述符以及一個對 aiocbp 的 NULL 引用。如果所有的請求都取消了，這個函數就會返回AIO_CANCELED ；如果至少有一個請求沒有被取消，那么這個函數就會返回AIO_NOT_CANCELED；如果沒有一個請求可以被取消，那么這個函數就會返回AIO_ALLDONE。然后，可以使用 aio_error()來驗證每個 AIO 請求，如果某請求已經被取消了，那么 aio_error()就會返回−1，並且 errno 會被設置為 ECANCELED。
lio_listio--同時發起多個傳輸（一次系統調用可以啟動大量的I/O操作）
lio_listio()函數可用於同時發起多個傳輸。這個函數非常重要，它使得用戶可以在一個系統調用（一次內核上下文切換）中啟動大量的 I/O 操作。lio_listio API 函數的原型如下：
int lio_listio( int mode, struct aiocb *list[], int nent, struct sigevent *sig );
mode 參數可以是 LIO_WAIT 或 LIO_NOWAIT。LIO_WAIT 會阻塞這個調用，直到所有的 I/O 都完成為止。在操作進行排隊之后，LIO_NOWAIT 就會返回。list 是一個 aiocb 引用的列表，最大元素的個數是由 nent 定義的。如果 list 的元素為 NULL，lio_listio()會將其忽略。
3.2、使用信號作為AIO的通知
信號作為異步通知的機制在AIO中依然使用，為了使用信號，使用AIO的應用程序同樣需要定義信號處理程序，在指定的信號被觸發時，調用這個處理程序，作為信號上下文的一部分，特定的 aiocb 請求被提供給信號處理函數用來區分 AIO 請求。 下面代碼清單給出了使用信號作為 AIO 異步 I/O 通知機制的例子。
1 /*設置異步 I/O 請求*/
2 void setup_io(...)
3 {
4 int fd;
5 struct sigaction sig_act;
6 struct aiocb my_aiocb;
7 ...
8 /* 設置信號處理函數 */
9 sigemptyset(&sig_act.sa_mask);
10 sig_act.sa_flags = SA_SIGINFO;
11 sig_act.sa_sigaction = aio_completion_handler;
12
13 /* 設置 AIO 請求 */
14 bzero((char*) &my_aiocb, sizeof(struct aiocb));
15 my_aiocb.aio_fildes = fd;
16 my_aiocb.aio_buf = malloc(BUF_SIZE + 1);
17 my_aiocb.aio_nbytes = BUF_SIZE;
18 my_aiocb.aio_offset = next_offset;
19
20 /* 連接 AIO 請求和信號處理函數 */
21 my_aiocb.aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
22 my_aiocb.aio_sigevent.sigev_signo = SIGIO;
23 my_aiocb.aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr = &my_aiocb;
24
25 /* 將信號與信號處理函數綁定 */
26 ret = sigaction(SIGIO, &sig_act, NULL);
27 ...
28 ret = aio_read(&my_aiocb); /*發出異步讀請求*/
29 }
30
31 /*信號處理函數*/
32 void aio_completion_handler(int signo, siginfo_t *info, void *context)
33 {
34 struct aiocb *req;
35
36 /* 確定是我們需要的信號*/
37 if (info->si_signo == SIGIO)
38 {
39 req = (struct aiocb*)info->si_value.sival_ptr; /*獲得 aiocb*/
40
41 /* 請求的操作完成了嗎? */
42 if (aio_error(req) == 0)
43 {
44 /* 請求的操作完成，獲取返回值 */
45 ret = aio_return(req);
46 }
47 }
48 return ;
49 }
3.3 使用回調函數作為AIO的通知
代碼清單給出了使用回調函數作為 AIO 異步 I/O 請求完成的通知機制的例子
1 /*設置異步 I/O 請求*/
2 void setup_io(...)
3 {
4 int fd;
5 struct aiocb my_aiocb;
6 ...
7 /* 設置 AIO 請求 */
8 bzero((char*) &my_aiocb, sizeof(struct aiocb));
9 my_aiocb.aio_fildes = fd;
10 my_aiocb.aio_buf = malloc(BUF_SIZE + 1);
11 my_aiocb.aio_nbytes = BUF_SIZE;
12 my_aiocb.aio_offset = next_offset;
13
14 /* 連接 AIO 請求和線程回調函數 */
15 my_aiocb.aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
16 my_aiocb.aio_sigevent.notify_function = aio_completion_handler;
17 /*設置回調函數*/
18 my_aiocb.aio_sigevent.notify_attributes = NULL;
19 my_aiocb.aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr = &my_aiocb;
20 ... ret = aio_read(&my_aiocb); //發起 AIO 請求
21 }
22
23 /* 異步 I/O 完成回調函數 */
24 void aio_completion_handler(sigval_t sigval)
25 {
26 struct aiocb *req;
27 req = (struct aiocb*)sigval.sival_ptr;
28
29 /* AIO 請求完成? */
30 if (aio_error(req) == 0)
31 {
32 /* 請求完成，獲得返回值 */
33 ret = aio_return(req);
34 }
35
36 return ;
37 }
3.4 AIO與設備驅動
在內核中，每個I/O請求都對應一個kiocb結構體，其ki_filp成員只想對應的file指針，通過is_sync_kiocb判斷某kiocb是否為同步I/O請求，如果是返回真，表示為異步I/O請求。
塊設備和網絡設備：本身是異步的
字符設備：必須明確應支持AIO（極少數是異步I/O操作）
字符設備驅動程序中file_operations 包含 3 個與 AIO 相關的成員函數，如下所示：
ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *iocb, char *buffer, size_t count, loff_t offset); ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *iocb, const char *buffer, size_t count, loff_t offset); int (*aio_fsync) (struct kiocb *iocb, int datasync);
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