Linux驅動技術(四) _異步通知技術

異步通知的全稱是"信號驅動的異步IO"，通過"信號"的方式，放期望獲取的資源可用時，驅動會主動通知指定的應用程序，和應用層的"信號"相對應，這里使用的是信號"SIGIO"。操作步驟是

1. 應用層程序將自己注冊為接收來自設備文件的SIGIO信號的進程
2. 驅動實現相應的接口，以期具有向所有注冊接收這個設備驅動SIGIO信號的應用程序發SIGIO信號的能力。
3. 驅動在適當的位置調用發送函數，應用程序即可接收到SIGIO信號。

整個機制的框架：

應用層接收SIGIO

和其他信號一樣，應用層需要注冊一個信號處理函數，
注冊的方式還是使用signal()或sigaction()

此外，應用層還需要把自己加入到驅動的通知鏈表中，加入的代碼如下

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，應用層的程序就可以靜待SIGIO的到來了。

驅動發送SIGIO

應用層注冊好了，最終的發送還是看設備驅動的處理方式，為了使設備支持異步通知機制，參照應用層的接口，驅動程序中涉及3項工作。

1. 支持F_SETOWN命令，能在這個命令中下設置filp->f_owner為對應進程的ID，這部分內核已經做了
2. 支持F_SETFL,每當FASYNC標志改變時，驅動程序中的fasync()將得以執行，so，驅動中要實現fasync()。
3. 當設備資源可用時，通過kill_fasync()發送SIGIO

為了在內核中實現上面這三個功能，驅動需要使用1個結構+2個API，結構是struct fasync_struct,函數是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()的作用是將一個fasync_struct的對象注冊進內核，應用層執行fcntl(dev_fd，F_SETFL，oflags|FASYNC)時會回調驅動的fops.fasync()，所以通常將fasync_helper()放到fasync()的實現中。

/**
 *fasync_helper - 將一個fasync_struct對象注冊進內核
 *@fd:文件描述符，由fasync傳入
 *@filp:file指針，由fasync傳入
 *@sig:信號類型，通常使用的就是SIGIO
 *@dev_fasync:事前准備的fasync_struct對象指針的指針
 */
int fasync_helper(int fd, struct file * filp, int sig, struct fasync_struct ** dev_fasync);   

下面這個API就是釋放SIGIO，根據需求的不同放到不同的位置。

/**
 *kill_fasync - 釋放一個信號
 *@dev_fasync:事前使用fasync_helper注冊進內核的fasync_struct對象指針的指針
 *@filp:file指針，由fasync傳入
 *@sig:信號類型，通常使用的就是SIGIO
 *@flag:標志，通常，如果資源可讀用POLLIN，如果資源可寫用POLLOUT
 */
void kill_fasync(struct fasync_struct **dev_fasync, int sig, int flag);

驅動模板

下面這個驅動模板針對在硬件中斷到來(資源可用)的時候向應用層發信號，實際的操作中表明資源可用的情境還有很多

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);
    ...
}