Linux异步通知 fasync
我们知道，驱动程序运行在内核空间中，应用程序运行在用户空间中，两者是不能直接通信的。
但在实际应用中，在设备已经准备好的时候，我们希望通知用户程序设备已经ok，用户程序可以读取了，这样应用程序就不需要一直查询该设备的状态，从而节约资源，这就是异步通知。
这个过程如何实现呢？两方面的工作。
1.驱动方面：
1.在设备抽象的数据结构中增加一个struct fasync_struct的指针
2.实现设备操作中的fasync函数，这个函数很简单，其主体就是调用内核的fasync_helper函数。
3.在需要向用户空间通知的地方(例如中断中)调用内核的kill_fasync函数。
4.在驱动的release方法中调用前面定义的fasync函数
其中fasync_helper和kill_fasync都是内核函数，我们只需要调用就可以了。
在设备抽象的数据结构中定义的指针是一个重要参数，fasync_helper和kill_fasync会使用这个参数。
2.应用层方面：
1.利用signal或者sigaction设置SIGIO信号的处理函数
2.fcntl的F_SETOWN指令设置当前进程为设备文件owner
3.fcntl的F_SETFL指令设置FASYNC标志
完成了以上的工作的话，当内核执行到kill_fasync函数，用户空间SIGIO函数的处理函数就会被调用了。
让我们结合具体代码看看就更明白了。
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应用层代码
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void input_handler(int num)
//处理函数，没什么好讲的，用户自己定义
{
char data[MAX_LEN];
int len;
//读取并输出STDIN_FILENO上的输入
len = read(STDIN_FILENO, &data, MAX_LEN);
data[len] = 0;
printf("input available:%s\n", data);
}
main()
{
int oflags;
//启动信号驱动机制
signal(SIGIO, input_handler);
//fcntl的F_SETOWN指令设置当前进程为设备文件owner
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
//fcntl的F_SETFL指令设置FASYNC标志
oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);
//最后进入一个死循环，程序什么都不干了，只有信号能激发input_handler的运行
//如果程序中没有这个死循环，会立即执行完毕
while (1);
}
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驱动层代码
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驱动层其他部分代码不变，就是增加了一个fasync方法的实现以及一些改动
//在设备抽象的数据结构中增加一个struct fasync_struct的指针
static struct fasync_struct *fasync_queue;
static int my_fasync(int fd, struct file * filp, int on)
{
intretval;
retval=fasync_helper(fd,filp,on,&fasync_queue);
if(retval<0) {
return retval;
}
return0;
}
在驱动的release方法中我们再调用my_fasync方法
int my_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
drm_fasync(-1, filp, 0);
}
这样后我们在需要的地方（比如中断）调用下面的代码,就会向fasync_queue队列里的设备发送SIGIO信号，应用程序收到信号，执行处理程序
if(fasync_queue) {
kill_fasync(&fasync_queue, SIGIO, POLL_IN);
}
好了，这下大家知道该怎么用异步通知机制了吧？
以下是几点说明：
1. 两个函数的原型
int fasync_helper(struct inode *inode, struct file *filp, int mode,struct fasync_struct **fa);
一个"帮忙者", 来实现 fasync 设备方法. mode 参数是传递给方法的相同的值, 而 fa指针指向一个设备特定的 fasync_struct*
void kill_fasync(structfasync_struct *fa, int sig, int band);
如果这个驱动支持异步通知, 这个函数可用来发送一个信号到登记在 fa 中的进程.
2. fcntl系统调用
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
fcntl的作用是改变一个已打开文件的属性，fd是要改变的文件的描述符，cmd是命令罗列如下：
F_DUPFD, F_GETFD, F_SETFD, F_GETFL, F_SETFL, F_SETLK, F_SETLKW,F_GETLK, F_GETOWN, F_SETOWN
本节只关心F_SETOWN（设置异步IO所有权），F_GETFL（获取文件flags），F_SETFL（设置文件flags）
arg是要改变的属性内容
3. 用户进程启用异步通知机制
首先，设置一个进程作为一个文件的属主(owner)，这样内核就知道该把文件的信号发送给哪个进程
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); // getpid()就是当前进程咯
然后，给文件设置FASYNC标志，以启用异步通知机制
fcntl(fd, F_SETFL, fcntl(fd, F_GETFL) | FASYNC);
4. 缺陷
当有多个文件发送异步通知信号给一个进程时，进程无法知道是哪个文件发送的信号，这时候还是要借助poll的帮助完成IO
一个例子
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应用程序
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#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdio.h"
#include "poll.h"
#include "signal.h"
#include "sys/types.h"
#include "unistd.h"
#include "fcntl.h"
/* fifthdrvtest
*/
int fd;
//信号处理函数
void my_signal_fun(int signum)
{
unsigned char key_val;
read(fd, &key_val, 1);
printf("key_val: 0x%x\n", key_val);
}
int main(int argc, char **argv)
{
unsigned char key_val;
int ret;
int Oflags;
//在应用程序中捕捉SIGIO信号（由驱动程序发送）
signal(SIGIO, my_signal_fun);
fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("can't open!\n");
}
//将当前进程PID设置为fd文件所对应驱动程序将要发送SIGIO,SIGUSR信号进程PID
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
//获取fd的打开方式
Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);
//将fd的打开方式设置为FASYNC --- 即 支持异步通知
//该行代码执行会触发 驱动程序中 file_operations->fasync 函数
//------fasync函数调用fasync_helper初始化一个fasync_struct结构体
//该结构体描述了将要发送信号的进程PID (fasync_struct->fa_file->f_owner->pid)
fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);
while (1)
{
sleep(1000);
}
return 0;
}
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驱动
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#include "linux/module.h"
#include "linux/kernel.h"
#include "linux/fs.h"
#include "linux/init.h"
#include "linux/delay.h"
#include "linux/irq.h"
#include "asm/uaccess.h"
#include "asm/irq.h"
#include "asm/io.h"
#include "asm/arch/regs-gpio.h"
#include "asm/hardware.h"
#include "linux/poll.h"
static struct class *fifthdrv_class;
static struct class_device *fifthdrv_class_dev;
//volatile unsigned long *gpfcon;
//volatile unsigned long *gpfdat;
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);
/* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，fifth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press = 0;
static struct fasync_struct *button_async;
struct pin_desc{
unsigned int pin;
unsigned int key_val;
};
/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
/* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */
static unsigned char key_val;
/*
* K1,K2,K3,K4对应GPG0，GPG3，GPG5，GPG6
*/
struct pin_desc pins_desc[4] = {
{S3C2410_GPG0, 0x01},
{S3C2410_GPG3, 0x02},
{S3C2410_GPG5, 0x03},
{S3C2410_GPG6, 0x04},
};
/*
* 确定按键值
*/
static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
unsigned int pinval;
pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
if (pinval)
{
/* 松开 */
key_val = 0x80 | pindesc->key_val;
}
else
{
/* 按下 */
key_val = pindesc->key_val;
}
ev_press = 1; /* 表示中断发生了 */
wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程 */
//发送信号SIGIO信号给fasync_struct 结构体所描述的PID，触发应用程序的SIGIO信号处理函数
kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
static int fifth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* GPG0，GPG3，GPG5，GPG6为中断引脚: EINT8,EINT11,EINT13,EINT14 */
request_irq(IRQ_EINT8, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K1", &pins_desc[0]);
request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K2", &pins_desc[1]);
request_irq(IRQ_EINT13, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K3", &pins_desc[2]);
request_irq(IRQ_EINT14, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K4", &pins_desc[3]);
return 0;
}
ssize_t fifth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
if (size != 1)
return -EINVAL;
/* 如果没有按键动作, 休眠 */
wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
/* 如果有按键动作, 返回键值 */
copy_to_user(buf, &key_val, 1);
ev_press = 0;
return 1;
}
int fifth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
free_irq(IRQ_EINT8, &pins_desc[0]);
free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[1]);
free_irq(IRQ_EINT13, &pins_desc[2]);
free_irq(IRQ_EINT14, &pins_desc[3]);
return 0;
}
static unsigned fifth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;
poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不会立即休眠
if (ev_press)
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
return mask;
}
static int fifth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
printk("driver: fifth_drv_fasync\n");
//初始化/释放 fasync_struct 结构体 (fasync_struct->fa_file->f_owner->pid)
return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}
static struct file_operations sencod_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
.open = fifth_drv_open,
.read = fifth_drv_read,
. release = fifth_drv_close,
.poll = fifth_drv_poll,
.fasync = fifth_drv_fasync,
};
int major;
static int fifth_drv_init(void)
{
major = register_chrdev(0, "fifth_drv", &sencod_drv_fops);
fifthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "fifth_drv");
fifthdrv_class_dev = class_device_create(fifthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */
// gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
// gpfdat = gpfcon + 1;
return 0;
}
static void fifth_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "fifth_drv");
class_device_unregister(fifthdrv_class_dev);
class_destroy(fifthdrv_class);
// iounmap(gpfcon);
return 0;
}
module_init(fifth_drv_init);
module_exit(fifth_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");