《中断学习 —— 内核中断触发用户中断（异步通知机制）》

1.异步通知机制

　　一旦设备就绪，则主动通知应用程序，这样应用程序根本就不需要查询设备状态，是一种“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，在原理上，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是异步的，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候会到达。

　　从用户程序的角度考虑：为了启动文件的异步通知机制，用户程序必须执行两个步骤。首先，他们指定一个进程作为文件的“属主（owner）”。当进程使用fcntl系统调用执行F_SETOWN命令时，属主进程的进程ID号就被保存在filp->f_owner中。这一步是必需的，目的是为了让内核知道应该通知哪个进程。然后为了真正启动异步通知机制，用户程序还必须在设备中设置FASYNC标志，这通过fcntl的F_SETFL命令完成的。执行完这两个步骤之后，输入文件就可以在新数据到达时请求发送一个SIGIO信号。该信号被发送到存放在filp->f_owner中的进程（如果是负值就是进程组）。

　　在用户程序中，为了捕获信号，可以使用signal()函数来设置对应信号的处理函数：

void (*signal(int signum, void (*handler))(int)))(int);

　　该函数原型较难理解，它可以分解为：

typedef void (*sighandler_t)(int);                        //消息处理函数
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler));   //连接信号与消息处理函数
第一个参数：指定信号的值
第二个参数：指定针对前面信号值的处理函数，若为SIG_IGN，表示忽略该信号；若为SIG_DFL，表示采用系统默认方式处理信号；若为用户自定义的函数，则信号被捕获到后，该函数将被执行。
返回值：如果signal()调用成功，它返回最后一次为信号signum绑定的处理函数的handler值，失败则返回SIG_ERR。

2.应用程序fcntl设置

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>


void signal_handler(int sig)
{
	if(sig == SIGIO)
	{
		printf("Receive io signal from kernel!\n");
	}
}

int main(int argc, char **argv)
{
  int fd;

  fd = open("/dev/xxx", O_RDONLY);    
  
  signal(SIGIO, signal_handler);  
  fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
  int oflags = fcntl(fd, F_GETFL);
  fcntl(fd, F_SETFL, oflags | FASYNC);
  while(1)
  {
    sleep(100);   
  }
        
  return 0;  
}

fcntl函数原型：　

　　功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性。针对(文件)描述符提供控制，参数fd是被参数cmd操作(如下面的描述)的描述符。

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);

fcntl函数有5种功能：

复制一个现有的描述符（cmd=F_DUPFD或 F_DUPFD_CLOEXEC）
获得／设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD)
获得／设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL)
获得／设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN)
获得／设置记录锁(cmd=F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW)

针对上面所使用的几个cmd做个详细说明：

F_SETOWN：设置接收SIGIO和SIGURG信号的进程ID或进程组ID。

F_GETFL：对应于fd的文件状态标志作为函数值返回。

F_SETFL：将文件状态标志设置为第3个参数的值。

fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid()); //设置本进程为STDIN_FILENO文件的拥有者，没有这一步，内核不会知道应该将信号发给哪个进程
oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);   //获取设备文件的f_flags
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC); //为了启用异步通知机制，还需对设备设置FASYNC标志

从驱动程序角度考虑：

　　应用程序在执行F_SETFL启用FASYNC时，调用驱动程序的fasync方法。只要filp->f_flags中的FASYNC标识发生了变化，就会调用该方法，以便把这个变化通知驱动程序，使其能正确响应。文件打开时，FASYNC标志被默认为是清除的。当数据到达时，所有注册为异步通知的进程都会被发送一个SIGIO信号。

Linux的这种通用方法基于一个数据结构和两个函数：

extern int fasync_helper(int, struct file *, int, struct fasync_struct **);
//当一个打开的文件的FASYNC标志被修改时，调用驱动程序的fasync方法间接调用fasync_helper函数以便将当前进程加入到驱动程序的异步通知等待队列中。
extern void kill_fasync(struct fasync_struct **, int, int);
//当设备可访问时，可使用kill_fasync函数发信号所有的相关进程。进程进而调用绑定的消息处理函数。

总结：应用程序使用fcntl()设置当前进程的pid和FASYNC标志。进而调用驱动程序的fasync()，即fasync_helper()。然后申请和设置fasync_struct结构，将此结构挂载到驱动程序的fasync_struct结构链表中。当设备可用时，驱动程序会使用kill_fasync()，从fasync_struct链表中，查找所有的等待进程，然后调用send_sigio发送相应的消息给进程。进程接收到消息，就会跳转到与消息绑定的消息处理函数中。

https://blog.csdn.net/lzs940320/article/details/108558785

3.实例编写

3.1实例编写思路

// 1,设置信号处理方法
signal(SIGIO,catch_signale);

// 2，将当前进程设置成SIGIO的属主进程
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

// 3，将io模式设置成异步模式
int flags  = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC );

驱动--发送信号
1，需要和进程进行关联--记录信号该发送给谁

实现一个fasync的接口

static struct fasync_struct *async; //声明fasync_struct

int key_drv_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
    //只需要调用一个函数记录信号该发送给谁
    return fasync_helper(fd, filp, on,  &aysnc);
}

key_drv_fasync注册到file_operations

2，在某个特定的时候去发送信号，在有数据的时候
    //发送信号
    kill_fasync(&aysnc, SIGIO, POLL_IN);

posted @ 2020-10-15 09:37 一个不知道干嘛的小萌新阅读(640) 评论(0) 编辑收藏举报

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