前言
14. 非同步通知
本章內容為驅動基石之一。
驅動只提供功能，不提供策略。
阻塞與非阻塞是 APP 詢問 驅動裝置。
非同步通知是 驅動裝置 主動通知 APP。
原文：https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/14918049.html
14.1 非同步通知的一些概念
非同步通知：一旦裝置就緒，則主動通知APP，這樣APP就不用輪詢查詢裝置狀態了。
非同步IO：APP 發起 IO 請求後，立即返回。然後再查詢 IO 完成情況，或者 IO 完成後被調回。這個過程叫做 非同步IO。
14.2 Linux 訊號
可以使用 訊號 來進行程式間通訊（IPC）。
Linux訊號表：
- 路徑參考：include\uapi\asm-generic\signal.h
| 訊號 | 值 | 說明 |
|---|---|---|
| SIGHUP | 1 | 掛起 |
| SIGINT | 2 | 中斷中斷 |
| SIGQUIT | 3 | 終端退出 |
| SIGILL | 4 | 無效命令 |
| SIGTRAP | 5 | 跟蹤陷阱 |
| SIGABRT | 6 | 異常終止訊號，和 SIGIOT 同義 |
| SIGIOT | 6 | IOT陷阱，和 SIGABRT 同義 |
| SIGBUS | 7 | BUS錯誤 |
| SIGFPE | 8 | 浮點異常 |
| SIGKILL | 9 | 強制終止 |
| SIGUSR1 | 10 | 使用者自定義訊號1 |
| SIGSEGV | 11 | 無效的記憶體段處理 |
| SIGUSR2 | 12 | 使用者自定義訊號2 |
| SIGPIPE | 13 | 半關閉管道的寫操作 |
| SIGALRM | 14 | 計時器到期 |
| SIGTERM | 15 | 終止 |
| SIGSTKFLT | 16 | 堆疊錯誤 |
| SIGCHLD | 17 | 子程式已經停止或退出 |
| SIGCONT | 18 | 如果停止了，繼續執行 |
| SIGSTOP | 19 | 停止執行 |
| SIGTSTP | 20 | 終端停止訊號 |
| SIGTTIN | 21 | 後臺程式需要從終端讀取輸入 |
| SIGTTOU | 22 | 後臺程式需要從終端寫出 |
| SIGURG | 23 | 緊急的套接字事件 |
| SIGXCPU | 24 | 超額使用CPU分配的時間 |
| SIGXFSZ | 25 | 檔案尺寸超額 |
| SIGVTALRM | 26 | 虛擬時鐘訊號 |
| SIGPROF | 27 | 時鐘訊號描述 |
| SIGWINCH | 28 | 出口尺寸變化 |
| SIGIO | 29 | I/O |
| SIGPOLL | SIGIO | I/O |
除了 SIGSTOP 和 SIGKILL 兩個訊號外，程式能夠忽略或捕獲其它所有訊號。
一個訊號被捕獲的意思是當一個訊號到達時有相應程式碼處理它。
如果一個訊號沒有被這程式所捕獲，核心將採取預設行為處理。
14.3 訊號接收
14.4 使用流程
14.4.1 參考流程圖
流程圖參考韋東山：
14.4.2 分析&程式設計步驟
分析中的細節部分會在後本節後面說明
分析：
-
②：繫結訊號與回撥函式。使用
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)。 -
③：把 APP PID 告訴核心。同時，該 PID 會儲存到該驅動的核心檔案 file 結構體中。
-
④：讀取該驅動程式檔案的 Flag。
-
⑤：設定 Flag 裡面的 FASYNC 位為 1。當 FASYNC 位發生變化時，該驅動會呼叫驅動操作
drv_fasync函式。 -
⑥：驅動開發者實現的函式。主要是呼叫 fasync_helper 函式。
-
⑦：呼叫 fasync_helper() 函式，主要是把 驅動程式核心檔案 file 結構體繫結到 button_async->fa_file 中。而 file 包含了 APP 的 PID。所以傳送訊號時，只需要使用 button_async 作為引數即可。
-
⑩：傳送訊號給對應的 APP。引數為 button_async。
-
注：button_async 結構體由驅動開發者建立，維護。
APP 訊號程式設計步驟：
- ①：編寫訊號回撥函式。
- ②：繫結訊號與回撥函式。
- ③：開啟驅動。
- ④：獲取 PID ，告知核心。
- ⑤：獲取程式狀態值。
- ⑥：當前狀態值新增非同步功能，觸發呼叫驅動非同步處理函式。
KERNEL 訊號程式設計步驟：
- ①：定義非同步結構體。
- ②：實現非同步操作函式，並把該函式填充到裝置核心驅動操作結構體中。
- 該函式內容主要呼叫 fasync_helper() 函式，初始化非同步結構體。（把 file ，核心PID，交給非同步結構體）
- ③：傳送訊號。
14.4.3 使用函式說明
14.4.3.1 相關結構體及參考模型
APP 模型 截段:
......
/* 設定訊號 SIGIO 的處理函式 */
signal(SIGIO, sigio_signal_func);
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); /* 將當前程式的程式號告訴給核心 */
flags = fcntl(fd, F_GETFD); /* 獲取當前的程式狀態 */
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC); /* 設定程式啟用非同步通知功能。會呼叫驅動中的 drv_fasync 函式 */
......
fasync_struct：
- （在核心原始碼中，目前沒有去找核心文件該結構體內容的相關資訊）
struct fasync_struct {
rwlock_t fa_lock;
int magic;
int fa_fd;
struct fasync_struct *fa_next; /* singly linked list */
struct file *fa_file;
struct rcu_head fa_rcu;
};
14.4.3.2 signal 函式
APP 使用。
函式原型：sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler) :
- 功能：繫結訊號與回撥函式。
- signum：訊號型別。除 SIGKILL 和 SIGSTOP 外的任何一種訊號。
- handler：該引數有三種型別。
- ①：SIG_IGN 型別。表示忽略該訊號。
- ②：SIG_DFL 型別。表示恢復對訊號的系統預設處理。
- ③：sighandler_t 型別的函式指標。即是回撥函式。
typedef void (*sighandler_t)(int);。
- 注：APP 收到訊號執行回撥函式時，signum 引數會被傳到回撥函式的形參傳遞給回撥函式。即是回撥函式的形參就是訊號型別。
14.4.3.3 kill_fasync 函式
KERNEL 使用。
函式原型：void kill_fasync(struct fasync_struct **fp, int sig, int band) :
- 功能：傳送訊號給 fp 引數繫結的程式。（by PID）
- 參考路徑：linux-5.12.8\fs\fcntl.c
- fp：需要操作的 fasync_struct。
- sig：訊號型別。
- band：可讀時設定為 POLL_IN；可寫時設定為 POLL_OUT。當然該引數還可以填
POLL_MSG。以上三個值在應用層接收時，si_code 分別為 0x01、0x02、0x03。