linux异步通知

简述

linux下异步方式有两种：异步通知和异步IO（AIO），aio请参考：linux异步IO--aio

异步通知的含义是：一旦设备就绪，则主动通知应用程序，这样应用程序就不需要查询设备状态，准确称谓是“信号驱动的异步I/O”。

Linux的I/O机制经历了一下几个阶段的演进：

1. 同步阻塞I/O: 用户进程进行I/O操作，一直阻塞到I/O操作完成为止。

2. 同步非阻塞I/O: 用户程序可以通过设置文件描述符的属性O_NONBLOCK，I/O操作可以立即返回，但是并不保证I/O操作成功。

3. 异步事件阻塞I/O: 用户进程可以对I/O事件进行阻塞，但是I/O操作并不阻塞。通过select/poll/epoll等函数调用来达到此目的。

4. 异步时间非阻塞I/O: 也叫做异步I/O(AIO)，用户程序可以通过向内核发出I/O请求命令，不用等待I/O事件真正发生，可以继续做另外的事情，等I/O操作完成，内核会通过函数回调或者信号机制通知用户进程。这样很大程度提高了系统吞吐量。

阻塞IO意味着一直等待设备可访问后再访问，非阻塞IO中使用poll()意味着查询设备是否可访问，而异步通知则意味着设备通知自身可访问，实现了异步IO。

实现

异步通知在linux下实现分为两部分：应用层和内核驱动层。

应用层主要处理signal部分（signal编程），处理步骤如下：

1. 通过F_SETOWN IO控制命令（fcntl(fd, F_SETOWN, getpid())）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到。

2. 通过F_SETFL IO控制命令（fcntl(fd, F_SETFL, fcntl(fd, F_GETFL) | FASYNC)）设置文件支持FASYNC，即异步通知模式。

3. 通过signal()函数连接信号和信号处理函数。

内核驱动层处理步骤：

1. 支持F_SETOWN命令，能在这个控制命令处理中设置filp->f_owner为对应进程ID。内核已完成。

2. 支持F_SETFL命令的处理，每当FASYNC标志改变时，驱动程序中的fasync()函数将执行。

3. 在设备资源可获得时，调用kill_fasync()函数激发相应的信号。

设备驱动中异步通知编程涉及一项数据结构和两个函数，数据结构是fasync_struct，两个函数分别是：

处理FASYNC标志变更的：

int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int mode, struct fasync_struct **fa);

释放信号函数：

void kill_fasync(struct fasync_struct **fa, int sig, int band);

sig为SIGIO，band可读时POLL_IN，可写时POLL_OUT。

和其他设备驱动一样，将fasync_struct结构体指针放在设备结构体中仍然是最佳选择。

参考：

1. Linux 异步IO机制