Linux异步通知编程(转)

1.Linux信号
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part2/index1.html
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part2/index2.html
1) SIGHUP 本信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一session内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联. 　　
2) SIGINT 程序终止(interrupt)信号, 在用户键入INTR字符(通常是Ctrl-C)时发出 　　
3) SIGQUIT 和SIGINT类似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-/)来控制. 进程在因收到SIGQUIT退出时会产生core文件, 在这个意义上类似于一个程序错误信号. 　　
4) SIGILL 执行了非法指令. 通常是因为可执行文件本身出现错误, 或者试图执行数据段. 堆栈溢出时也有可能产生这个信号. 　　
5) SIGTRAP 由断点指令或其它trap指令产生. 由debugger使用. 　　
6) SIGABRT 程序自己发现错误并调用abort时产生. 　　
7) SIGIOT 在PDP-11上由iot指令产生, 在其它机器上和SIGABRT一样. 　　
8) SIGBUS 非法地址, 包括内存地址对齐(alignment)出错. eg: 访问一个四个字长的整数, 但其地址不是4的倍数. 　　
9) SIGFPE 在发生致命的算术运算错误时发出. 不仅包括浮点运算错误, 还包括溢出及除数为0等其它所有的算术的错误. 　　
10) SIGKILL 用来立即结束程序的运行. 本信号不能被阻塞, 处理和忽略. 　　
11) SIGUSR1 留给用户使用 　　
12) SIGSEGV 试图访问未分配给自己的内存, 或试图往没有写权限的内存地址写数据. 　　
13) SIGUSR2 留给用户使用 　　
14) SIGPIPE Broken pipe 　　
15) SIGALRM 时钟定时信号, 计算的是实际的时间或时钟时间. alarm函数使用该信号. 　　
16) SIGTERM 程序结束(terminate)信号, 与SIGKILL不同的是该信号可以被阻塞和处理. 通常用来要求程序自己正常退出. shell命令kill缺省产生这个信号. 　　
17) SIGCHLD 子进程结束时, 父进程会收到这个信号. 　　
18) SIGCONT 让一个停止(stopped)的进程继续执行. 本信号不能被阻塞. 可以用一个handler来让程序在由stopped状态变为继续执行时完成特定的工作. 例如, 重新显示提示符 　　
19) SIGSTOP 停止(stopped)进程的执行. 注意它和terminate以及interrupt的区别: 该进程还未结束, 只是暂停执行. 本信号不能被阻塞, 处理或忽略. 　　
20) SIGTSTP 停止进程的运行, 但该信号可以被处理和忽略. 用户键入SUSP字符时(通常是Ctrl-Z)发出这个信号 　　
21) SIGTTIN 当后台作业要从用户终端读数据时, 该作业中的所有进程会收到SIGTTIN信号. 缺省时这些进程会停止执行. 　　
22) SIGTTOU 类似于SIGTTIN, 但在写终端(或修改终端模式)时收到. 　　
23) SIGURG 有紧急数据或out-of-band数据到达socket时产生. 　　
24) SIGXCPU 超过CPU时间资源限制. 这个限制可以由getrlimit/setrlimit来读取/改变 　　
25) SIGXFSZ 超过文件大小资源限制. 　　
26) SIGVTALRM 虚拟时钟信号. 类似于SIGALRM, 但是计算的是该进程占用的CPU时间. 　　
27) SIGPROF 类似于SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括该进程用的CPU时间以及系统调用的时间. 　　
28) SIGWINCH 窗口大小改变时发出. 　　
29) SIGIO 文件描述符准备就绪, 可以开始进行输入/输出操作. 　　
30) SIGPWR Power failure
2. 驱动中实现异步编程
要弄明白这个问题，我们得从最基本的原理开始。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，从而节约了资源，这就是异步通知。
好，那下一个问题就来了，这个过程如何实现呢？简单，两方面的工作。
一 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
呵呵，简单吧，就三点。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1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。
二 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。
呵呵，看起来不是很复杂把，让我们结合具体代码看看就更明白了。
先从应用层代码开始吧：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#define MAX_LEN 100
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 ", data);
}

main()
{
　int oflags;

 

　//启动信号驱动机制
　signal(SIGIO, input_handler);
/*
将SIGIO信号同input_handler函数关联起来，
一旦产生SIGIO信号,就会执行input_handler，
有点软中断的意思吧
*/
　fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
/*
    STDIN_FILENO是打开的设备文件描述符,
    F_SETOWN用来决定操作是干什么的,
    getpid()是个系统调用，功能是找到一个进程号pid分配给当前进程
    整个函数的功能是STDIN_FILENO设置这个设备文件的主人为当前进程。
*/
　oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
/*得到打开文件描述符的状态*/
　fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);
/*
   设置文件描述符的状态为oflags | FASYNC属性,
   一旦文件描述符被设置成具有FASYNC属性的状态，
   也就是将设备文件切换到异步操作模式。
   这时系统就会自动调用驱动程序的fasync方法。
*/

 

　//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);
}
再看驱动层代码，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static struct fasync_struct *fasync_queue;
/*首先是定义一个结构体，其实这个结构体存放的是一个列表，这个列表保存的是一系列设备文件，SIGIO信号就发送到这些设备上*/
static int my_fasync(int fd, struct file * filp, int on)
/*fasync方法的实现*/
{
    int retval;
    retval=fasync_helper(fd,filp,on,&fasync_queue);
    /*将该设备登记到fasync_queue队列中去*/
    if(retval<0)
      return retval;
    return 0;
}
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)
{
/*..processing..*/
        drm_fasync(-1, filp, 0);
        /*..processing..*/
}

 

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]：
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(struct fasync_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.
fasync_helper 被调用来从相关的进程列表中添加或去除入口项, 当 FASYNC 标志因一个打开文件而改变. 它的所有参数除了最后一个, 都被提供给 fasync 方法并且被直接传递. 当数据到达时 kill_fasync被用来通知相关的进程. 它的参数是被传递的信号(常常是 SIGIO)和 band, 这几乎都是 POLL_IN[25](但是这可用来发送"紧急"或者带外数据, 在网络代码里).
这是 scullpipe 如何实现 fasync 方法的:

 

static int scull_p_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)
{
struct scull_pipe *dev = filp->private_data;
return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->async_queue);
}

 

显然所有的工作都由 fasync_helper 进行. 但是, 不可能实现这个功能在没有一个方法在驱动里的情况下, 因为这个帮忙函数需要存取正确的指向 struct fasync_struct (这里是 与dev->async_queue)的指针, 并且只有驱动可提供这个信息.

当数据到达, 下面的语句必须被执行来通知异步读者. 因为对 sucllpipe 读者的新数据通过一个发出write 的进程被产生, 这个语句出现在 scullpipe 的 write 方法中.

 

if (dev->async_queue)
kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN);

 

注意, 一些设备还实现异步通知来指示当设备可被写入时; 在这个情况, 当然, kill_fasnyc 必须被使用一个 POLL_OUT 模式来调用.