poll select fasync异步通知-静默梧桐-ChinaUnix博客

驱动会存在一个等待队列，专门为监听某一事件存在，该等待队列存放需要被唤醒的进程；

poll函数会注册一个wait_queue_t 结构到对应的队列上，当条件满足时，调用wake_up，阻塞的队列就会被唤醒进行调度；

wait queue是Linux内核里的基本功能，以队列为基础数据结构，与进程的调度有密切关系；能够实现核心的异步通知机制；等待对队列也可以用来同步对资源的访问，Linux信号量机制也是由等待队列来实现的。

poll（system V）select（BSD）用来查询设备的状态，以便用户程序获知是否对设备进行非阻塞访问；都需要驱动程序的poll函数支持。

重要的API，void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)

最终调用 __pollwait

static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,
                    poll_table *p)
{
     struct poll_wqueues *pwq = container_of(p, struct poll_wqueues, pt);     //poll_wqueues 管理结构
     struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(pwq);     //在管理结构上申请一个表项
     if (!entry)
          return;
     get_file(filp);
     entry->filp = filp;
     entry->wait_address = wait_address;     //等待队列
     entry->key = p->_key;
     init_waitqueue_func_entry(&entry->wait, pollwake);     //唤醒后执行函数pollwake
     entry->wait.private = pwq;          //私有数据指向管理结构
     add_wait_queue(wait_address, &entry->wait); //添加entry->wait到wait_address等待队列
}

加入到等待队列；

poll_wait函数并不阻塞，真正阻塞是在上层的select/poll函数中完成。select/poll会在一个循环中对每一个需要监听的设备调用它们自己的poll支持函数以使得当前进程被加入到各个设备的等待列表；若当前没有任何被监听的设备就绪，则内核进行调度，让出CPU进入阻塞状态，schedule返回时将再次循环检查是否可以进行操作，如此反复，若有任意一个就绪，select/poll返回；

阻塞是指在执行操作时，若获取不到资源，则进程挂起直到满足条件再进行操作；

非阻塞进程是在不能进行设备操作时，并不挂起；

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fasync异步通知

异步通知类似于中断机制，设备驱动发送一个信号给内核，告知内核有数据可读，在条件不满足之前不会造成阻塞； poll和阻塞性IO在条件不满足时会造成阻塞；

用户态：

signal(SIGIO, &input_handler); /* dummy sample; sigaction() is better */
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);

做三件事情：

1、指定SIGIO的处理函数；

2、指定一个进程作为文件的属主(filp->owner)，告知内核信号应该发给哪个进程；

3、设备文件中添加FASYNC标记，驱动中就会调用对应的fasync函数

struct file_operations {
struct module *owner;
     loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
     ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
     ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
......

       int (*fasync) (int, struct file *, int);
......
}

内核态：

信号处理流程，及设置文件属主的操作内核处理是通用的；

与poll类似，存在一个管理结构 struct fasync_struct，同样以队列形式来管理；当条件满足时，内核会调用kill_fasync( )函数，依次向异步队列结构对象发送SIGIO信号；

struct fasync_struct {
     spinlock_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;
};

fasync_helper()：

添加异步对象; fapp由驱动设备管理，每个驱动设备对应一个fapp，该设备所有异步对象挂在其链上；

/*
* fasync_helper() is used by almost all character device drivers
* to set up the fasync queue, and for regular files by the file
* lease code. It returns negative on error, 0 if it did no changes
* and positive if it added/deleted the entry.
*/
int fasync_helper(int fd, struct file * filp, int on, struct fasync_struct **fapp)
{
     if (!on) //on为0时，表示删除异步对象
          return fasync_remove_entry(filp, fapp);
     return fasync_add_entry(fd, filp, fapp); //on为1时，表示添加异步对象
}

kill_fasync()：

发送信号到内核，唤醒上层进程；依次向异步队列结构对象发送SIGIO信号；

kill_fasync(&devp->hd_async_queue, SIGIO, POLL_IN);

POLL_IN 表示设备可读；POLL_OUT：表示设备可写

异步通知相关的数据结构和struct wait_queue是一致的，这两种情况都涉及等待同一个事件，区别是这个struct file被用来替代struct task_struct。