linux驱动笔记六（异步通知与异步I/O）

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在设备驱动中使用异步通知可以使得对设备的访问可进行时，由驱动主动通知应用程序进行访问。因此，使用无阻塞I/O的应用程序无需轮询设备是否可访问，而阻塞访问也可以被类似“中断”的异步通知所取代。
异步通知类似于硬件上的“中断”概念，比较准确的称谓是“信号驱动的异步I/O"。


用户程序中信号的接收：
void (*signal) (int signum, void (*handler)) (int，int);
第一个参数是信号的值，第二个参数是指定针对信号的处理函数，若为SIG_IGN表示忽略该信号，SIG_DFL表示采用默认方式处理信号，可以设置用户自定义函数。
ctrl+c 发出SIGINT信号， kill正在运行的进程则将向其发出SIGTERM信号。


为了在用户空间能处理一个设备释放的信号，必须完成以下3项工作：
1，通过F_SETOWN IO控制命令设置设备文件的拥有者为本进程，这样从设备驱动发出的信号才能被本进程接收。
2，通过F_SETFL IO控制命令设置设备文件支持FASYNC，即异步通知模式
3，通过signal()函数连接信号和处理函数
以下是例子：
...
signal(SIGIO, input_handler); //第3步
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid()); //第1步
oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);  //以下两个为第2步
fcntl (STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);
while(1);
...


为了使设备支持异步通知机制，驱动程序要完成以下3项工作：
1，支持F_SETOWN命令，能在这个控制命令中设置filp->f_owner为对应进程ID。此项工作已由内核完成，驱动无须处理。
2，支持F_SETFL命令的出来，每当FASYNC标志改变时，驱动程序中的fasync()函数将得以执行。因此驱动程序中应实现fasync()函数。
3，在设备资源可获得时，用kill_fasync()函数激发相应的信号。


设备驱动异步通知的实现主要由一个数据结构fasync_struct（将它放入设备结构体中），两个函数:
处理FASYNC标志变更：fasync_helper(), 释放信号的函数 kill_fasync().
驱动实现：1，实现fasync()函数，它主要是用fasync_helper()实现上面第2步；
2，在其他读写中用kill_fasync()激发信号
3，在release实现中用xxx_fasync(-1, filp, 0);将fasync()函数从异步通知的列表中删除。


异步IO,AIO. 其思想是允许进程发起多个I/O操作，而不用阻塞或等待任何操作完成。稍后或在接收到I/O操作完成的通知时，进程就可以检索I/O操作的结果。
为了区分在他们完成时到底是哪个传输操作，需要每个传输操作都有一个唯一的上下文。在AIO中，通过aiocb(AIO I/O Control Block)结构体进行区分。这个结构体包含了有关传输的所有信息，包括为数据准备的用户缓冲区。在产生I/O（称为完成）通知时，aiocb结构就被用来唯一标识所完成的I/O操作。
操作函数：
aio_read,对一个有效的文件描述符进行异步读操作，立即返回
aio_write, 用来请求一个异步写操作，立即返回，说明请求已经进行排队
aio_error,确定请求状态，返回EINPROGRESS说明请求尚未完成，ECANCELLED请求被应用程序取消，-1错
aio_return,AIO与标准IO的另一个区别是不能立即访问这个函数的返回状态，因为它没有被阻塞在read()调用上，我们要用aio_return()函数。只有在aio_error()调用确定请求已完成时菜调用它。
异步读操作的例程：
1，打开文件
2，准备结构体，包括清零结构体，为结构体分配缓冲区，初始化它的成员
3，aio_read()进行异步读请求
4，aio_error查询状态
5，结束后（可能成功或失败）aio_return获得返回值


除了信号之外，应用程序提供一个回调（callback）函数给内核，以便AIO的请求完成后内核调用这个函数。一般来说，下层对上层（如内核对应用）的调用称为回调，与之相反的是调用。


块设备和网络设备本身是异步的，只有字符设备必须明确表明应支持AIO.
file_operations中的aio_read(), aio_write()和read(), write()中的offset参数不同，它直接传递值，而后者传递指针，这是因为AIO从来不需要改变文件的位置。