Linux之异步通知20160702

Posted 2020-08-02 yuweifeng

异步通知，主要说的是使用信号的方式，同时使用信号也是实现进程之间通信的一种方式。

多的不说，我们直接看代码：

首先应用程序的：

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

 

 

/* fifthdrvtest

  */

int fd;

 

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;

 

signal(SIGIO, my_signal_fun);//注册，当收到SIGIO信号号后，会执行对应的处理函数my_signal_fun

 

fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);

if (fd < 0)

{

printf("can\'t open!\\n");

}

 

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());//应用程序把PID告诉驱动

//F_GETOWN：获取当前在文件描述词 fd上接收到SIGIO 或 SIGURG事件信号的进程或进程组标识

Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); //去读出FLAGS

//F_GETFL ：读取文件状态标志

fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);

//当flag修改了，驱动中fifth_drv_fasyas会被调用，最终目的是初始化*button_async，让驱动知道发给谁

//F_SETFL ：设置文件状态标志。

 

while (1)

{

sleep(1000);

}

 

return 0;

}

 

其中插讲一下FCNTL:

功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性。

 

用法：

int fcntl(int fd, int cmd);

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

int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

 

 

参数：

fd：文件描述词。

cmd：操作命令。

arg：供命令使用的参数。

lock：同上。

 

有以下操作命令可供使用

 

一. F_DUPFD ：复制文件描述词 。

 

二. FD_CLOEXEC ：设置close-on-exec标志。如果FD_CLOEXEC位是0，执行execve的过程中，文件保持打开。反之则关闭。

 

三. F_GETFD ：读取文件描述词标志。

 

四. F_SETFD ：设置文件描述词标志。

 

五. F_GETFL ：读取文件状态标志。

 

六. F_SETFL ：设置文件状态标志。

其中O_RDONLY， O_WRONLY， O_RDWR， O_CREAT， O_EXCL， O_NOCTTY 和 O_TRUNC不受影响，

可以更改的标志有 O_APPEND，O_ASYNC， O_DIRECT， O_NOATIME 和 O_NONBLOCK。

 

七. F_GETLK, F_SETLK 和 F_SETLKW ：获取，释放或测试记录锁，使用到的参数是以下结构体指针：

F_SETLK：在指定的字节范围获取锁（F_RDLCK, F_WRLCK）或者释放锁（F_UNLCK）。如果与另一个进程的锁操作发生冲突，返回 -1并将errno设置为EACCES或EAGAIN。

 

F_SETLKW：行为如同F_SETLK，除了不能获取锁时会睡眠等待外。如果在等待的过程中接收到信号，会立即返回并将errno置为EINTR。

 

F_GETLK：获取文件锁信息。

 

F_UNLCK：释放文件锁。

 

为了设置读锁，文件必须以读的方式打开。为了设置写锁，文件必须以写的方式打开。为了设置读写锁，文件必须以读写的方式打开。

 

八. 信号管理

F_GETOWN, F_SETOWN, F_GETSIG 和 F_SETSIG 被用于IO可获取的信号。

 

F_GETOWN：获取当前在文件描述词 fd上接收到SIGIO 或 SIGURG事件信号的进程或进程组标识 。

 

F_SETOWN：设置将要在文件描述词fd上接收SIGIO 或 SIGURG事件信号的进程或进程组标识 。

 

F_GETSIG：获取标识输入输出可进行的信号。

 

F_SETSIG：设置标识输入输出可进行的信号。

 

使用以上命令，大部分时间程序无须使用select()或poll()即可实现完整的异步I/O。

 

九. 租约（ Leases）

F_SETLEASE 和 F_GETLEASE 被用于当前进程在文件上的租约。文件租约提供当一个进程试图打开或折断文件内容时，拥有文件租约的进程将会被通告的机制。

 

F_SETLEASE：根据以下符号值设置或者删除文件租约

 

1.F_RDLCK设置读租约，当文件由另一个进程以写的方式打开或折断内容时，拥有租约的当前进程会被通告。

2.F_WRLCK设置写租约，当文件由另一个进程以读或以写的方式打开或折断内容时，拥有租约的当前进程会被通告。

3.F_UNLCK删除文件租约。

 

F_GETLEASE：获取租约类型。

 

十.文件或目录改变通告

（linux 2.4以上）当fd索引的目录或目录中所包含的某一文件发生变化时，将会向进程发出通告。arg参数指定的通告事件有以下，两个或多个值可以通过或运算组合。

1.DN_ACCESS 文件被访问 (read, pread, readv)

2.DN_MODIFY 文件被修改(write, pwrite,writev, truncate, ftruncate)

3.DN_CREATE 文件被建立(open, creat, mknod, mkdir, link, symlink, rename)

4.DN_DELETE 文件被删除(unlink, rmdir)

5.DN_RENAME 文件被重命名(rename)

6.DN_ATTRIB 文件属性被改变(chown, chmod, utime[s])

 

返回说明：

成功执行时，对于不同的操作，有不同的返回值

F_DUPFD： 新文件描述词

F_GETFD： 标志值

F_GETFL： 标志值

F_GETOWN： 文件描述词属主

F_GETSIG： 读写变得可行时将要发送的通告信号，或者0对于传统的SIGIO行为

 

对于其它命令返回0。

 

失败返回-1，errno被设为以下的某个值

EACCES/EAGAIN: 操作不被允许，尚未可行

EBADF: 文件描述词无效

EDEADLK: 探测到可能会发生死锁

EFAULT: 锁操作发生在可访问的地址空间外

EINTR: 操作被信号中断

EINVAL： 参数无效

EMFILE: 进程已超出文件的最大可使用范围

ENOLCK: 锁已被用尽

EPERM:权能不允许

 

再来看一下驱动程序：

#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;

 

volatile unsigned long *gpgcon;

volatile unsigned long *gpgdat;

 

 

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;

 

struct pin_desc pins_desc[4] = {

{S3C2410_GPF0, 0x01},

{S3C2410_GPF2, 0x02},

{S3C2410_GPG3, 0x03},

{S3C2410_GPG11, 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 */

 

kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);

//发送SIGIO信号给&button_async对应的进程，（应用程序进程收到后）就可以执行SIGIO对应的信号处理函数

 

return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);

}

 

static int fifth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)

{

/* 配置GPF0,2为输入引脚 */

/* 配置GPG3,11为输入引脚 */

request_irq(IRQ_EINT0,  buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);

request_irq(IRQ_EINT2,  buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);

request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);

request_irq(IRQ_EINT19, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &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_EINT0, &pins_desc[0]);

free_irq(IRQ_EINT2, &pins_desc[1]);

free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[2]);

free_irq(IRQ_EINT19, &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");

return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);//内核做的辅助函数

//作用是初始化&button_async结构体，使该结构体中包含“发给谁”的信息，kill_fasync就可以正常使用了

}

 

 

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;

 

gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16);

gpgdat = gpgcon + 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);

iounmap(gpgcon);

return 0;

}

 

 

module_init(fifth_drv_init);

 

module_exit(fifth_drv_exit);

 

MODULE_LICENSE("GPL");

 

总结：

为了使设备支持异步通知机制，驱动程序中涉及以下3项工作：

1. 支持F_SETOWN命令，能在这个控制命令处理中设置filp->f_owner为对应进程ID。

   不过此项工作已由内核完成，设备驱动无须处理。

2. 支持F_SETFL命令的处理，每当FASYNC标志改变时，驱动程序中的fasync()函数将得以执行。

   驱动中应该实现fasync()函数。

   

3. 在设备资源可获得时，调用kill_fasync()函数激发相应的信号

 

 

应用程序：

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());  // 告诉内核，发给谁

 

Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);   

fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);  // 改变fasync标记，最终会调用到驱动的faync > fasync_helper：初始化/释放fasync_struct

 

附笔者的学习笔记：

1.信号的方式：

2.异步通知机制

 

3.总结：