Linux内核开发之异步通知与异步I/O(一)
“小王，听说过锦上添花吧..”我拍拍下王的头说。
“还锦上添花你，为你上次提的几个东东，我是头上长包..”小王气愤地瞪着我。
“啊，为啥这样呢，本来还特意拒绝了MM的约会，抽出时间打算给你说点高级的东东，看来现在是不行了”我吃惊道，“这样吧，这次就给你讲些和前边有关的东西，也不失为锦上添花不是?”。
“好，我也是这么打算的，就是没好意思说，今天讲些啥呢?”小王暗淡的眼光总算闪了闪。(为啥这么难受呢，好像跟什么会嚎叫的特像，哈哈)
那就言归正传，今天我们讲---Linux设备驱动程序之异步通知与异步I/O.”
小王，前边不是讲了阻塞与非阻塞访问，poll()函数等提供的较好的解决设备访问的机制，那么通过这次有关异步通知整套机制的配合，就更相得益彰，锦上添花了。
啥叫异步通知：很简单，一旦设备准备好，就主动通知应用程序，这种情况下应用程序就不需要查询设备状态，这是不是特像硬件上常提的“中断的概念”。上边比较准确的说法其实应该叫做“信号驱动的异步I/O”,信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟。
“小王，给你一个表现的机会，说说这个和前边的几点不同和差异。。”
“嗯，我的理解是这样的哈，阻塞I/O意味着一直等待设备可访问再访问，非阻塞I/O意味着使用poll()来查询是否可访问，而异步通知则意味着设备通知应用程序自身可访问。”看着小王聪明的眼睛和清晰的思路，我也忍不住给予一个鼓励的微笑啊。
说的好，我只是想强调一点：上面三种方式，其实本身是没有优劣的，应该根据不同的应用场景合理选择罢了。
说到信号，在应用程序中，为了捕获信号(还捕获呢， 不就是一个处理吗)可以使用signal()函数来设置对应的信号的处理函数。函数原型是
void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int) 这个看起来费劲吧，不光你，我看着也费劲，没关系，给你来个例子：
void sigterm_handler(int signo)
{
char data[MAX_LEN];
int len;
len=read(STDIN_FILENO, &data,MAX_LEN);
data[len]=0;
printf("Input available:%sn",data);
exit(0);
}
int main(void)
{
int oflags;
//启动信号驱动机制
signal(SIGIO, sigterm_handler);
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);
//建立一个死循环，防止程序结束
while(1);
return 0;
}
看了这段代码明白啥意思了吧，我也不多少了，咱们继续往下走..为了一个用户在用户空间中能处理一个设备释放的信号，它必须完成一下3份工作：
1)通过F_SETOWN控制指令设置设备文件的拥有者为本进程,这样从设备驱动中发出的信号才能被本进程收到。
2)通过F_SETFLIO控制命令设置设备文件支持FASYNC,即异步通知模式。
3)通过signal()链接信号和信号处理函数。
当然，如果你了解linux/Unix信号机制的话，你可能会问为啥没说sigaction函数，其实没关系，作用差不多，想知道的话,自己看书Apue的P261.
有了信号的发送，那么就一定得有信号的释放了：
在设备驱动和应用程序的异步通知交互中，仅仅在应用程序端捕获信号是不够的，因为信号没有的源头是在驱动端，因此要在适当的时机让设备驱动释放信号。
为了使设备支持异步通知机制，驱动程序中涉及三个操作：
1)支持F_SETOWN命令，能在这个控制命令处理中设置filp->f_owner为对应的进程ID。不过此项工作已由内核完成，设备驱动无须处理。
2)支持F_SETFL命令的处理,每当FASYNC标志改变时，驱动程序中fasync()函数将得以进行。因此,驱动程序必须实现fasync()函数。
3)在设备资源可获得时,调用kill_fasync()函数激发相应的信号。
驱动程序中上面的三步是和应用程序是一一对应的。如下图：
设备驱动中异步通知编程还是比较简单的，主要就是一些数据结构，和两个函数：
数据结构：fasync_struct结构体
函数：1)处理FASYNC标志变更的函数int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int mode ,struct fasync_struct **fa);
2) 释放信号用的函数void kill_fasync(struct fasync_struct **fa, int sig, int band);
和其他设备驱动一样，一般将fasync_struct放到设备结构体中。下边是典型模版：
struct xxx_dev
{
struct cdev cdev;
...
struct fasync_struct *async_queue; //异步结构体
}
而在驱动的fasync()函数中，只需要简单的将该参数的3个参数以及fasync_struct结构体指针的指针作为第四个参数传给fasync_helper函数即可.下边是典型模版:
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);
}
一旦设备资源可以获得时,应该调用kill_fasync()释放SIGIO信号,可读时第三个参数设置为POLL_IN,可写时第三个参数设置为POLL_OUT,下边是释放信号的典型模版：
static ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,loff_t *f_ops)
{
struct xxx_dev *dev = filp->private_data;
....
//产生异步信号
if(dev->async_queue)
{
kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN);
}
..
}
最后，在文件关闭时，即在设备驱动的release函数中，应调用设备驱动的fasync()函数将文件从异步通知的列表中删除，下边是设备驱动的释放函数的典型模版:
static int xxx_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct xxx_dev *dev = filp->private_data;
//将文件从异步通知列表中删除
xxx_fasync(-1,filp,0);
...
return 0;
}
“等等，我知道你明白，你是想向我个例子，我知道你啥意思，没关系，我下次补上 。”没等小王，我立刻给她堵上“你啊，心里几根小九九，我还不知道啊..”
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