【linux】驱动-14-异步通知

前言
14. 异步通知

前言

14. 异步通知

本章内容为驱动基石之一。

驱动只提供功能，不提供策略。

阻塞与非阻塞是 APP 询问驱动设备。

异步通知是驱动设备主动通知 APP。

原文：https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/14918049.html

14.1 异步通知的一些概念

异步通知：一旦设备就绪，则主动通知APP，这样APP就不用轮询查询设备状态了。

异步IO：APP 发起 IO 请求后，立即返回。然后再查询 IO 完成情况，或者 IO 完成后被调回。这个过程叫做 异步IO。

14.2 Linux 信号

可以使用信号来进行进程间通信（IPC）。

Linux信号表：

路径参考：include\uapi\asm-generic\signal.h

信号	值	说明
SIGHUP	1	挂起
SIGINT	2	中断中断
SIGQUIT	3	终端退出
SIGILL	4	无效命令
SIGTRAP	5	跟踪陷阱
SIGABRT	6	异常终止信号，和 SIGIOT 同义
SIGIOT	6	IOT陷阱，和 SIGABRT 同义
SIGBUS	7	BUS错误
SIGFPE	8	浮点异常
SIGKILL	9	强制终止
SIGUSR1	10	用户自定义信号1
SIGSEGV	11	无效的内存段处理
SIGUSR2	12	用户自定义信号2
SIGPIPE	13	半关闭管道的写操作
SIGALRM	14	计时器到期
SIGTERM	15	终止
SIGSTKFLT	16	堆栈错误
SIGCHLD	17	子进程已经停止或退出
SIGCONT	18	如果停止了，继续执行
SIGSTOP	19	停止执行
SIGTSTP	20	终端停止信号
SIGTTIN	21	后台进程需要从终端读取输入
SIGTTOU	22	后台进程需要从终端写出
SIGURG	23	紧急的套接字事件
SIGXCPU	24	超额使用CPU分配的时间
SIGXFSZ	25	文件尺寸超额
SIGVTALRM	26	虚拟时钟信号
SIGPROF	27	时钟信号描述
SIGWINCH	28	出口尺寸变化
SIGIO	29	I/O
SIGPOLL	SIGIO	I/O

除了 SIGSTOP 和 SIGKILL 两个信号外，进程能够忽略或捕获其它所有信号。

一个信号被捕获的意思是当一个信号到达时有相应代码处理它。

如果一个信号没有被这进程所捕获，内核将采取默认行为处理。

14.3 信号接收

14.4 使用流程

14.4.1 参考流程图

流程图参考韦东山：

14.4.2 分析&编程步骤

分析中的细节部分会在后本节后面说明

分析：

②：绑定信号与回调函数。使用sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler) 。
③：把 APP PID 告诉内核。同时，该 PID 会保存到该驱动的内核文件 file 结构体中。
④：读取该驱动程序文件的 Flag。
⑤：设置 Flag 里面的 FASYNC 位为 1。当 FASYNC 位发生变化时，该驱动会调用驱动操作 drv_fasync 函数。
⑥：驱动开发者实现的函数。主要是调用 fasync_helper 函数。
⑦：调用 fasync_helper() 函数，主要是把驱动程序内核文件 file 结构体绑定到 button_async->fa_file 中。而 file 包含了 APP 的 PID。所以发送信号时，只需要使用 button_async 作为参数即可。
⑩：发送信号给对应的 APP。参数为 button_async。
注：button_async 结构体由驱动开发者创建，维护。

APP 信号编程步骤：

①：编写信号回调函数。
②：绑定信号与回调函数。
③：打开驱动。
④：获取 PID ，告知内核。
⑤：获取进程状态值。
⑥：当前状态值添加异步功能，出发调用驱动异步处理函数。

KERNEL 信号编程步骤：

①：定义异步结构体。
②：实现异步操作函数，并把该函数填充到设备内核驱动操作结构体中。
- 该函数内容主要调用 fasync_helper() 函数，初始化异步结构体。（把 file ，内核PID，交给异步结构体）
③：发送信号。

14.4.3 使用函数说明

14.4.3.1 相关结构体及参考模型

APP 模型截段:

......

/* 设置信号 SIGIO 的处理函数 */

signal(SIGIO, sigio_signal_func);

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());     /* 将当前进程的进程号告诉给内核  */

flags = fcntl(fd, F_GETFD);           /* 获取当前的进程状态 */

fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC); /* 设置进程启用异步通知功能。会调用驱动中的 drv_fasync 函数 */

......

fasync_struct：

（在内核源码中，目前没有去找内核文档该结构体内容的相关信息）

struct fasync_struct {

	rwlock_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;

};

14.4.3.2 signal 函数

APP 使用。

函数原型：sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler) :

功能：绑定信号与回调函数。
signum：信号类型。除 SIGKILL 和 SIGSTOP 外的任何一种信号。
handler：该参数有三种类型。
- ①：SIG_IGN 类型。表示忽略该信号。
- ②：SIG_DFL 类型。表示恢复对信号的系统默认处理。
- ③：sighandler_t 类型的函数指针。即是回调函数。typedef void (*sighandler_t)(int); 。
注：APP 收到信号执行回调函数时，signum 参数会被传到回调函数的形参传递给回调函数。即是回调函数的形参就是信号类型。

14.4.3.3 kill_fasync 函数

KERNEL 使用。

函数原型：void kill_fasync(struct fasync_struct **fp, int sig, int band) :

功能：发送信号给 fp 参数绑定的进程。（by PID）
参考路径：linux-5.12.8\fs\fcntl.c
fp：需要操作的 fasync_struct。
sig：信号类型。
band：可读时设置为 POLL_IN；可写时设置为 POLL_OUT。当然该参数还可以填

POLL_MSG。以上三个值在应用层接收时，si_code 分别为 0x01、0x02、0x03。