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驱动篇:异步通知与异步 I/O（一）

在设备驱动中使用异步通知可以使得对设备的访问可进行时，由驱动主动通知应用程序进行访问。这样，使用无阻塞I/O 的应用程序无须轮询设备是否可访问，而阻塞访问也可以被类似“中断”的异步通知所取代。

异步通知的意思是：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，这一点非常类似于硬件上“中断”的概念，比较准确的称谓是“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到达。 阻塞、非阻塞I/O、异步通知本身没有优劣，应该根据不同的应用场景合理选择。Linux系统中，异步通知使用信号来实现。 除了SIGSTOP和SIGKILL两个信号外，进程能够忽略或捕获其他的全部信号。一个信号被捕获的意思是当一个信号到达时有相应的代码处理它。如果一个信号没有被这个进程所捕获，内核将采用默认行为处理。 信号的接收 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，它可以分解如下：typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

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。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handler值，失败则返回SIG_ERR。

在进程执行时，按下［Ctrl+c］组合键将向其发出SIGINT信号，kill正在运行的

进程将向其发出SIGTERM信号，signal()捕获信号范例

void sigterm_handler(int signo) {
    printf("Have caught sig N.O. %d\n", signo); exit(0); } int main(void){
   signal(SIGINT, sigterm_handler);signal(SIGTERM, sigterm_handler);while(1);return 0;}

除了 signal()函数外,sigaction()函数可用于改变进程接收到特定信号后的行为,它的原型如下:

int sigaction(int signum,const struct sigaction *act,struct sigaction*oldact);

该函数的第一个参数为信号的值,可以为除 SIGKILL 及 SIGSTOP 外的任何一个特定有效的信号。第二个参数是指向结构体 sigaction 的一个实例的指针,在结构体sigaction 的实例中,指定了对特定信号的处理函数,若为空,则进程会以默认方式对信号处理。第三个参数 oldact 指向的对象用来保存原来对相应信号的处理函数,可指定 oldact 为 NULL。如果把第二、第三个参数都设为 NULL,那么该函数可用于检查信号的有效性

使用信号实现异步通知的例子,它通过 signal(SIGIO, input_handler)对标准输入文件描述符 STDIN_FILENO 启动信号机制。用户输入后,应用程序将接收到 SIGIO 信号,其处理函数 input_handler()将被调用

使用信号实现异步通知的应用程序实例

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #define MAX_LEN 100void input_handler(int num){ 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(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);//最后进入一个死循环,仅为保持进程不终止,如果程序中没有这个死循环//会立即执行完毕while (1);}
        
       
      
     
    
   

SIGIO 信号安装 input_handler()作为处理函数,第 25 行设置本进程为 STDIN_FILENO 文件的拥有者(owner),没有这一步内核不会知道应该将信号发给哪个进程。而为了启用异步通知机制, 还需对设备设置 FASYNC 标志,第 26~27 行代码实现此目的。整个程序的执行效果如下:

[root@localhost driver_study]# ./signal_testI am Chinese.input available: I am Chinese.I love Linux driver.input available: I love Linux driver.

从中可以看出,当用户输入一串字符后,标准输入设备释放 SIGIO 信号,这个信号“中断”驱使对应的应用程序中的 input_handler()得以执行,将用户输入显示出来。由此可见,为了在用户空间中能处理一个设备释放的信号,它必须完成以下 3 项

l 通过 F_SETOWN IO 控制命令设置设备文件的拥有者为本进程,这样从设备驱动发出的信号才能被本进程接收到。

l 通过 F_SETFL IO 控制命令设置设备文件支持 FASYNC,即异步通知模式。 l 通过 signal()函数连接信号和信号处理函数

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