linux下使用异步通知
阻塞式I/O是一直等待直到设备可以访问,非阻塞式I/O是定期轮询设备是否可以访问。
异步通知则是当设备可以访问时才主动通知应用程序,有点像设备的硬中断。
并不是所有的设备都支持异步通知,应用程序通常假设只有套接字和终端才有异步通知的能力。
异步通知存在一个问题,当进程收到SIGIO信号时,它并不知道是哪个文件有了新的输入,如果
有多于一个的文件可以异步通知同一个进程,那么应用进程还需要借助于poll或select来确定输入
的来源。
应用层
fcntl - manipulate file descriptor
fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_ASYNC);
效果:
If you set the O_ASYNC status flag on a file descriptor by using the F_SETFL command of fcntl(),
a SIGIO signal is sent whenever input or output becomes possible on that file descriptor.
例子
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <signal.h> #include <fcntl.h> #define MAX_LEN 100 void my_handler(int signum) { char data[MAX_LEN]; int len; len = read(STDIN_FILENO, &data, MAX_LEN); data[len] = 0; printf("Input message: %s\n", data); exit(0); } int main(void) { int oflags; /* set new SIGIO handler */ signal(SIGIO, my_handler); /* set fd's owner process */ fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid()); /* get old fd flags */ oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL); /* set new fd flags */ fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | O_ASYNC); /* infinitely wait until recv SIGIO */ while(1); return 0; }
为了能处理设备发出的SIGIO信号,用户程序需要做:
1. 设置设备文件的拥有者为本进程,这样一来才能收到设备驱动发出的SIGIO信号。
2. 使设备文件支持异步通知,即设置O_ASYNC标志。
3. 通过signal()指定SIGIO的处理函数。
设备驱动
struct fasync_struct { spinlock_t fa_lock; int magic; int fa_fd; /* 文件描述符 */ struct fasync_struct *fa_next; /* 用于链入单向链表 */ struct file *fa_file; /* fa_file->f_owner记录接收信号的进程 */ struct rcu_head fa_rcu; };
(1) 设备的异步通知链
struct xxx_dev { struct cdev cdev; ... struct fasync_struct *async_queue; /* 异步通知链 */ };
(2) 插入到异步通知链
static int xxx_fasync(int fd, struct file *filp, int on) { struct xxx_dev *dev = filp->private_data; return fasync_helper(fd, filp, on, &dev->async_queue); }
(3) 发送信号通知进程
设备使用kill_fasync()来发送信号给用户进程,一般sig为SIGIO,可读时band为POLL_IN,
可写时band为POLL_OUT。
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; ... if (dev->async_queue) { kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN); } ... }
(4) 从异步通知链中删除
在关闭文件时,需要把对应的异步通知结构从链表中删除。
static xxx_release(struct inode *inode, struct file *filp) { struct xxx_dev *dev = filp->private_data; ... fasync_helper(-1, filp, 0, &dev->async_queue); ... }
内核API
异步通知结构体的插入和删除,失败返回负值,没有变化返回0,有变化返回正值。
/* fasync_helper() is used by almost all character device drivers to set up the * fasync queue, and for regular files by the file lease code. It returns negative * on error, 0 if it did no changes and positive if it added/deleted the entry. */ int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int on, struct fasync_struct **fapp) { if (!on) /* 删除 */ return fasync_remove_entry(filp, fapp); return fasync_add_entry(fd, filp, fapp); /* 插入 */ }
发送信号,通知用户进程,sig一般设为SIGIO,可读时band为POLL_IN,可写时band为POLL_OUT。
void kill_fasync(struct fasync_struct **fp, int sig, int band) { /* First a quick test without locking: usually the list is empty. */ if (*fp) { rcu_read_lock(); kill_fasync_rcu(rcu_dereference(*fp), sig, band); rcu_read_unlock(); } }
Reference
[1]. http://www.cnblogs.com/hanyan225/archive/2010/10/20/1857040.html
[2]. 《设备驱动程序》