“曾经有一份真挚的爱情摆在面前，我却不懂珍惜；曾经有一个承诺，我却倍感珍惜，今天一定要好好讲讲..”
讲讲啥，讲讲上节说的那个异步通知的例子呗，大家喜欢看代码，咋们就先上代码:
struct globalfifo_dev
{
struct cdev cdev;
unsigned int current_len;
unsigned char mem[GLOBALFIFO_SIZE];
struct semaphore sem;
wait_queue_head_t r_wait;
wait_queue_head_t w_wait;
struct fasync_struct *async_queue;
};
int globalfifo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
globalmem_fasync( - 1, filp, 0);
return 0;
}
static int globalfifo_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)
{
struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data;
return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->async_queue);
}
static ssize_t globalfifo_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t count, loff_t *ppos)
{
struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针
int ret;
DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); //定义等待队列
down(&dev->sem); //获取信号量
add_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //进入写等待队列头
if (dev->current_len == GLOBALFIFO_SIZE)
{
if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)
//如果是非阻塞访问
{
ret = - EAGAIN;
goto out;
}
__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
up(&dev->sem);
schedule(); //调度其他进程执行
if (signal_pending(current))
//如果是因为信号唤醒
{
ret = - ERESTARTSYS;
goto out2;
}
down(&dev->sem); //获得信号量
}
if (count > GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len)
count = GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len;
if (copy_from_user(dev->mem + dev->current_len, buf, count))
{
ret = - EFAULT;
goto out;
}
else
{
dev->current_len += count;
printk(KERN_INFO "written %d bytes(s),current_len:%d\n", count, dev
->current_len);
wake_up_interruptible(&dev->r_wait); //唤醒读等待队列
if (dev->async_queue)
kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN);
ret = count;
}
out: up(&dev->sem); //释放信号量
out2:remove_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //从附属的等待队列头移除
set_current_state(TASK_RUNNING);
return ret;
}下面再给出测试程序：
#include ...
//接收到异步读信号的动作
void input_handler(int signum)
{
printf("Receive a signal from globalfifo,signalnum:%d\n",signum);
}
int main()
{
int fd, oflags;
fd = open("/dev/globalfifo", O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR);
if (fd != - 1)
{
//启动信号驱动机制
signal(SIGIO, input_handler); //让input_handler()处理SIGIO信号
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
oflags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, oflags | FASYNC);
while(1)
{
sleep(100);
}
}
else
{
printf("device open failure\n");
}
}当我们加载完驱动并创建完设备节点后，运行上述程序，每当通过echo向/dev/globalfilfo写入新的数据后，input_handler将会被调用。如下所示：
echo 0>/dev/globalfifo
receive a signal from globalfifo ,signalnum:29
echo 0>/dev/globalfifo
receive a signal from globalfifo ,signalnum:29
echo 0>/dev/globalfifo
receive a signal from globalfifo ,signalnum:29
通过上边实际的例子，小王，明白了吧，我的承诺也兑现了，下次咱们可要开始更高级的东西了..
小王，听说过AIO没？外国人，就这样，总是爱简写，简写的结果是咱们都不认识了。所谓AIO就是Asynchronous
Input/Output异步输入/输出，基本思想是允许进程发起很多的I/O操作，而不用阻塞或等待任何操作的完成，稍后或在接收到I/O操作完成的通
知时，进程就可以检索I/O操作的结果。
“得得，你咋又跟我上起课来了呢，不是说好，今天CS吗？是不是跟我讲课特自信啊“小王抱怨到。
“啊？不是吧，为啥这样呢，那你到底听不听，别到时面试叫天天不灵叫地地不应的，别再找我哈”我气愤的说。
"唉，你都这样说了，我也只能竖起耳朵好好听听了"看着小王极不情愿的表情，我也觉得很可怜啊。
在异步非阻塞IO中，我们是可以同时发起多个传输操作。这需要每个操作都有一个唯一的上下文，这样才能在它们完成时区分到底是哪个传输操作完成了。在AIO中，
通过aiocb(AIO IO control Block)结构体进行区分，这个结构体如下：
struct aiocb {
int aio_fildes;
off_t aio_offset;
volatile void * aio_buf;
size_t aio_nbytes;
int aio_reqprio;
struct sigevent aio_sigevent;
int aio_lio_opcode;
};
从上边我们可以看到，这个结构体包含了有关传输的所有信息，包括数据准备的用户缓冲区。在产生IO通知时，aiocb结构就被用来唯一标识所完成的IO操作。
AIO系列API中主要有下边几个函数：
1.int aio_read(struct aiocb
*aiocbp)
该函数请求对一个有效的文件描述符进行异步读操作。在请求进行排队之后会立即返回，如果执行成功，返回值就为0，错误则返回-1并设置errno的值。
2.int aio_write(struct aiocb
*aiocbp) 该函数请求一个异步写操作，它会立即返回说明请求已经进行排队，成功返回0，失败返回为-1，并设置相应的error值。
3.int aio_error(struct aiocb
*aiocbp)
该函数用来确定请求的状态，可以返回EINPROGRESS(说明请求尚未完成)，ECANCELLED(请求被应用程序取消了)，-1(说明发生了错误，具体错误原因由error记录)。
4.ssize_t aio_return(struct aiocb
*aiocbp)
由于并没有阻塞在read调用上，所以我们不能立即返回这个函数的返回状态，这是就要使用这个函数了，需要注意的是只有在aio_error调用确定请求已经完成(可能
已经完成，也可能发生了错误)之后，才能调用这个函数，这个函数的返回值就相当于同步情况下read或write系统调用的返回值(所传输的字节数，如果发生错误，则返回-1)。
5.int aio_suspend(const struct aiocb
*const cblist[], int n ,const struct timespec *timeout)
用户可以通过这个函数来来挂起(或阻塞)调用进程，直到异步请求完成为止，此时会产生一个信号，或者发生其他超时操作。调用者提供了一个aiocb引用列表，其中任何一个完成都会导致给函数返回。
6.int aio_cancel(int fd ,struct aiocb
*aiocbp)
该函数允许用户取消对某个文件描述符执行的一个或所有的IO请求。
如果要取消一个请求，用户需提供文件描述符和aiocb引用，如果这个请求被成功取消了，则返回AIO_CANCELED,如果该请求完成了，返回AIO_NOTCANCELED.
如果要取消对某个给定文件描述符的所有请求，用户需要提供这个文件的描述符以及一个aiocbp的NULL引用，如果所有请求被成功取消了，则返回AIO_CANCELED
,只要至少有一个没被取消，这个函数就返回AIO_NOT_CANCELED.如果没有一个请求可以被取消，该函数就会返回AIO_ALLDONE.
然后，可以使用aio_error来验证每个AIO请求，如果某个请求已经被返回了，那么aio_error就返回-1，并且error会被设置为ECANCELED.
7.int lio_listio(int mode ,struct aiocb
*list[], int nent ,struct sigevent *sig)
这个操作使得用户可以在一个系统调用(一次内核上下文切换中启动大量的I/O操作)。其中，mode参数可以是LIO_WAIT或LIO_NOWAIT,
前者会阻塞这个调用，直到所有的IO都完成为止，在操作进行排队之后，LIO_NOWAIT就会返回，list是一个aiocb引用的列表，最大元素的个
数有nent定义的。如果list的元素为NULL,lio_lis
tio()将被忽略。
光说理论也不行，是不？现在来点实际点的：
a)用户空间读例程:
#include
..
int fd, set;
struct aiocb my_aiocb;
fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if( fd <0 )
{
perror("open");
}
//清零aiocb结构体
bzero((char *) &my_aiocb, sizeof(struct aiocb));
//为aiocb请求分配数据缓冲区
my_aiocb.aio_buf = malloc(BUFSIZE + 1);
if(!my_aiocb.aio_buf)
perror("malloc");
//初始化aiocb的成员
my_aiocb.aio_fildes = fd;
my_aiocb.aio_nbytes = BUFSIZE;
my_aiocb.aio_offset = 0;
ret = aio_read(&my_aiocb);
if(ret < 0)
perror("aio_read");
while(aio_error(&my_aiocb) == EINPROGRESS)
;
if((ret = aio_return(&my_iocb)))
{
// 获得异步读的返回值
}
else
{
读失败，分析errror
}b)用户空间异步IO aio_suspend()函数使用例程
struct aioct *cblist(MAX_LIST)
//清零aioct结构链表
bzero((char *)cblist, sizeof(cblist));
//将一个或更多的aiocb放入aioct结构体链表
cblist[0] = &my_aiocb;
ret = aio_read( &my_aiocb);
ret = aio_suspend( cblist, MAX_LIST, NULL);
c)用户空间异步IO lio_list()函数使用例程
struct aiocb aiocb1,aiocb2;
struct aiocb *list[MAX_LIST];
...
//准备第一个aiocb
aiocb1.aio_fildes = fd;
aiocb1.aio_buf = malloc(BUFSIZE +1);
aiocb1.aio_nbytes = BUFSIZE;
aiocb1.aio_offset = next_offset;
aiocb1.aio_lio_opcode = LIO_READ;//异步读操作
...//准备多个aiocb
bzero((char *)list, sizeof(list));
//将aiocb填入链表
list[0] = &aiocb1;
list[1] = &aiocb2;
...
ret = lio_listio(LIO_WAIT, list, MAX_LIST, NULL); //发起大量IO操作“涛哥，你说了这么多，好像也咋没和你说的驱动扯上关系呢”小王抱怨道。
“小王，不要急吗，我不是正打算说吗，瞧你着急性子，这样吧，你把今天的好好看看，我们下集再说”…
“小王，接着昨天的来，你知道吗？在异步IO中，什么可以用来做为AIO的通知呢？”我用渴求的眼神望着她.
"啊？那我咋知道，你说的我能记住就不错了，让我发明创造，我可是不会."小王委屈道。
“笨死了，我前边花了那么多的时间来讲信号之类的东西，联想一下信号作为异步通知的信号，也想的出来啊，告诉你，我当年用脚肢头都能想到，可你..真让我失望”我叹气到，“算了，也不怪你了，咱们开始继续学习吧“。
先上代码：使用信号作为AIO异步IO通知机制
void setup_io(..)
{
int fd;
struct sigaction sig_act;
struct aiocb my_aiocb;
...
//设置信号处理函数
sigemptyset(&sig_act.sa_mask);
sig_act.sa_flags = SA_SIGINFO;
sig_act.sa_sigaction = aio_completion_handler;
//设置AIO请求
bzero((char *)&my_aiocb, sizeof(struct aiocb));
my_aiocb.aio_flags = fd;
my_aiocb.aio_buf = malloc(BUF_SIZE + 1);
my_aiocb.aio_nbytes = BUF_SIZE;
my_aiocb.offset = next_offset;
//连接AIO请求和信号处理函数
my_aiocb.aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_SIGNVAL;
my_aiocb.aio_sigevent.sigev_signo = SIGIO;
my_aiocb.aic_sigevent.sigev_value.sival_ptr = &my_aiocb;
//将信号和处理函数绑定
ret = sigaction(SIGION, &sig_act, NULL);
...
ret = aio_read(&my_aiocb);
｝
//信号处理函数
void aio_completion_handler(int signo, siginfo_t *info, void *context)
{
struct aiocb *req;
//确定是我们需要的信号
if(info->si_signo == SIGIO)
{
req = (struct aiocb *)info->si_value.sival_ptr; //获得aiocb;
//请求的操作是否完成
if(aio_error(req) ==0 )
{
ret = aio_return(req);
}
}
return ;
}从上边可以看到，使用AIO的应用程序同样需要定义信号处理函数，在指定的信号被产生时会触发调用这个处理程序。
“那么是不是就只能使用信号这种方式呢，我记得以前没一个知识点你都给我讲了好多方法，这个歌也不例外吧”小王说。
“嗯，真聪明，就喜欢聪明的女生”听到小王也懂得开动脑子了，我也要表示表示不是。
再上代码：使用回调函数最为AIO的通知
void setup_io(..)
{
...//同上
//连接AIO请求和线程回调函数
my_aiocb.aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
my_aiocb.aio_sigevent.notify_function = aio_completion_handler;
//设置回调函数
my_aiocb.aio_sigevent.notify_attributes = NULL;
my_aiocb.aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr = &my_aiocb;
...
ret = aio_read(&my_aiocb);
｝
//信号处理函数
void aio_completion_handler(int signo, siginfo_t *info, void *context)
{
struct aiocb *req;
req = (struct aiocb *)sigval.sival_ptr; //获得aiocb;
//请求的操作是否完成
if(aio_error(req) ==0 )
{
ret = aio_return(req);
}
return ;
}上述程序在创建aiocb请求之后，使用SIGEV_THREAD请求了一个线程回调函数作为通知方法。在回调函数中。通过(struct
aiocb
*)info->si_value.sival_ptr可以获得对应的aiocb指针，使用AIO函数可验证请求是否已经完成。
“不过，小王，对不起哈，没想到一说就收不住了，这节也只是讲了有关的应用，下节咱们开始讲讲AIO与驱动设备，回归驱动主题”。
“小王呢，今天开始讲AIO与设备驱动，这也是设备驱动通知与异步IO的最后一节了，下次咱们就要开始讲更高级的东西，比如中断啦，时钟等”
在Linux内核中，每个IO请求都对应一个kiocb结构体，其ki_filp成员指向对应的file指针，通过is_sync_kiocb可以判断某Kiocb时候为同步IO请求，如果非真，表示是异步IO请求。
块设备和网络设备本身就是异步的。只有字符设备驱动必须明确指出应支持AIO.需要说明的是AIO对于大多数字符设备而言都不是必须的。只有少数才需要。
在字符设备驱动程序中，file_operations包含了3个和AIO相关的函数。如下：
ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *iocb, char *buffer, size_t count ,loff_t offset);
ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *iocb, const char *buffer, size_t count ,loff_t offset);
int (*aio_fsync) (struct kiocb *iocb, int datasync);aio_read()和aio_write()与file_operation中的read()和write()中的offset参数不同，它直接传递值，而后者传递的是指针。这两个函数本身也不一定完成读写操作，它只是发起，初始化读写操作。
下面来看看实际的代码部分：
//异步读
static ssize_t xxx_aio_read(struct kiocb *iocb, char *buffer, size_t count ,loff_t offset)
{
return xxx_defer_op(0, iocb, buf, count, pos);
}
//异步写
static ssize_t xxx_aio_write(struct kiocb *iocb, const char *buffer, size_t count ,loff_t offset)
{
return xxx_defer_op(1, iocb, (char *)buf, count, pos);
}
//初始化异步IO
static int xxx_defer_op(int write, struct kiocb *iocb, char *buf, size_t count, loff_t pos)
{
struct async_work *async_wk;
int result;
//当可以访问buffer时进行复制
if(write)
{
result = xxx_write (iocb->ki_filp, buf, count, &pos );
}
else
{
result = xxx_read (iocb->ki_filp, buf, count, &pos );
}
//如果是同步IOCB, 立即返回状态
if(is_sync_kiocb(iocb))
return resutl;
//否则，推后几us执行
async_wk = kmalloc(sizeof(*async_wk), GFP_KERNEL ));
if(async_wk==NULL)
return result;
async_wk->aiocb = iocb;
async_ wk->result = result;
INIT_WORK(&async_wk->work, xxx_do_deferred_op, async_wk);
schedule_delayed_work(&async_wk->work, HZ/100);
return -EIOCBOUEUED;//控制权限返回给用户空间
}
//延迟后执行
static void xxx_do_deferred_op(void *p)
{
struct async_work *async_wk = (struct async_work*)p;
aio_complete(async_wk_iocb, async_wk->result, 0);
kfree(async_wk);
}在上述代码中有一个async_work的结构体定义如下：
struct async_work
{
struct kiocb *iocb;//kiocb结构体指针
intresult;//执行结果
struct work_struct work; //工作结构体
};在上边代码中最核心的是使用aync_work结构体将操作延迟，通过schedule_delayed_work可以调度其运行，而aio_complete的调用用于通知内核驱动程序已经完成了操作。
最后，这一大章的内容都讲完了，一连5节，小王，你好好整理整理，下次就要开始新的内容了。
