代码收藏家技术教程 2024-09-03

异步通知机制详解

异步通知

生活例子：买奶茶

在旁边等着，眼睛盯着店员，生怕别人插队，他一做好你就知道：你是主动等待他做好，这叫“同步”。

付钱后就去玩手机了，店员做好后他会打电话告诉你：你是被动获得结果，这叫“异步”。

使用流程

驱动程序怎么通知 APP：发信号，这只有 3 个字，却可以引发很多问题：

谁发：驱动程序发。
发什么：信号。
发什么信号：SIGIO
怎么发：内核里提供有函数
发给谁：APP，APP 要把自己告诉驱动
APP 收到后做什么：执行信号处理函数
信号处理函数和信号，之间怎么挂钩： APP 注册信号处理函数

Linux 系统中也有很多信号，在 Linux 内核源文件 include\uapi\asmgeneric\signal.h 中，有很多信号的宏定义

#define SIGHUP		 1
#define SIGINT		 2
#define SIGQUIT		 3
#define SIGILL		 4
#define SIGTRAP		 5
#define SIGABRT		 6
#define SIGIOT		 6
#define SIGBUS		 7
#define SIGFPE		 8
#define SIGKILL		 9
#define SIGUSR1		10
#define SIGSEGV		11
#define SIGUSR2		12
#define SIGPIPE		13
#define SIGALRM		14
#define SIGTERM		15
#define SIGSTKFLT	16
#define SIGCHLD		17
#define SIGCONT		18
#define SIGSTOP		19
#define SIGTSTP		20
#define SIGTTIN		21
#define SIGTTOU		22
#define SIGURG		23
#define SIGXCPU		24
#define SIGXFSZ		25
#define SIGVTALRM	26
#define SIGPROF		27
#define SIGWINCH	28
#define SIGIO		29
#define SIGPOLL		SIGIO
/*
#define SIGLOST		29
*/
#define SIGPWR		30
#define SIGSYS		31
#define	SIGUNUSED	31
 
/* These should not be considered constants from userland.  */
#define SIGRTMIN	32
#ifndef SIGRTMAX
#define SIGRTMAX	_NSIG
#endif

就 APP 而言，你想处理 SIGIO 信息，那么需要提供信号处理函数，并且要跟 SIGIO 挂钩。这可以通过一个 signal 函数来“给某个信号注册处理函数”，用法如下：

#include <signal.h>
 
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

APP 还要做什么事？想想这几个问题：

内核里有那么多驱动，你想让哪一个驱动给你发 SIGIO 信号？
APP 要打开驱动程序的设备节点。

驱动程序怎么知道要发信号给你而不是别人？
APP 要把自己的进程 ID 告诉驱动程序。

APP 有时候想收到信号，有时候又不想收到信号：
应该可以把 APP 的意愿告诉驱动。

驱动程序要做什么？发信号。

APP 设置进程 ID 时，驱动程序要记录下进程 ID；

APP 还要使能驱动程序的异步通知功能，驱动中有对应的函数：

APP 打开驱动程序时，内核会创建对应的 file 结构体， file 中有 f_flags；f_flags 中有一个 FASYNC 位，它被设置为 1 时表示使能异步通知功能。当 f_flags 中的 FASYNC 位发生变化时，驱动程序的 fasync 函数被调用。

发生中断时，有数据时，驱动程序调用内核辅助函数发信号。这个辅助函数名为 kill_fasync。

综上所述，使用异步通知，也就是使用信号的流程如下图所示：

应用编程

重点从2开始
② 注册信号处理函数：APP 给 SIGIO 这个信号注册信号处理函数 func，以后 APP 收到 SIGIO信号时，这个函数会被自动调用；
③ 把APP的PID(进程ID)告诉驱动程序，这个调用不涉及驱动程序，在内核的文件系统层次记录 PID；
④ 读取驱动程序文件 Flag；
⑤ 设置Flag里面的FASYNC位为1：当FASYNC位发生变化时，会导致驱动程序的fasync被调用；
⑥⑦ 调用faync_helper，它会根据FAYSNC的值决定是否设置button_async->fa_file=驱动文件 filp：驱动文件 filp 结构体里面含有之前设置的 PID；
⑧ APP 可以做其他事；
⑨⑩按下按键，发生中断，驱动程序的中断服务程序被调用，里面调用kill_fasync 发信号；
⑪⑫⑬ APP 收到信号后，它的信号处理函数被自动调用，可以在里面调用 read 函数读取按键。

总结

应用层需要做的：

写信号处理函数

static void sig_func(int sig)
{
	in val;
	read(fd, &val, 4);
	printf("get button: 0x%x\n", val);
}

注册信号处理函数

// 3注册信号处理函数
signal(SIGIO, sig_func);

打开文件

fd = open(argv[1], O_RDWR);

把APP的pid告诉驱动程序；

fcntl(fd ,F_SETOWN, getpid());

读取驱动程序flag并设置FASYNC位为1

flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);

驱动编程

驱动层需要做的：

提供对应的fasync函数，并调用fasync_helper函数；

struct fasync_struct *button_fasync;
static int gpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
	if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
	{
		return 0;
	}
	else
	{
		return -EIO;
	}
}
 
 
// 定义自己的file_operations结构体
static struct file_operations gpio_key_drv = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.read = gpio_key_drv_read,
	.poll = gpio_key_drv_poll,
	.fasync = gpio_key_drv_fasync,
};

fasync_helper 函数会分配、构造一个fasync_struct结构体button_async：
驱动文件的 flag 被设置为 FAYNC 时：