Linux內核驅動fsync機制實現圖解

2020-07-10 11:48:34

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在Linux內核中的IO模型基本分為4類：

1、同步阻塞I/O
2、同步非阻塞I/O
3、異步阻塞I/O
4、異步非阻塞I/O

同步：應用顯式地通過函數訪問數據，在此函數返回時就會得到結果（成功或失?。?。
異步：應用會顯示地通過函數提出訪問或關注申請。數據到達時，硬件和驅動會通知應用，此時代碼一般不在讀寫訪問函數中，而是得到通知了再去有目的的訪問數據。

阻塞：在等待數據的過程中會休眠在此處，而非阻塞即函數不休眠立即返回，可執行接下來的代碼。

對于這4種機制，在《深入Linux設備驅動程序內核機制》中有講解，對于異步非阻塞I/O其實內核提供了兩種實現一個是aio，另一個就是fasync。aio應該算是一個比較新的框架，較為復雜，本人沒有深入的研究過，以后研究過后在寫總結。對于fasync，《深入Linux設備驅動程序內核機制》中有詳細的講解以及實驗，在看完了這知識以后，我像往常一樣，畫了一個框圖來梳理所有的代碼關聯。這個圖在兩個月前畫好的，由于我的寶寶及工作的關系就耽擱了發布。

(上面的圖片比較下，建議下載到本地打開)

要理解內核的fasync機制，可以結合這個圖和《深入Linux設備驅動程序內核機制》中的講解。我根據這個流程圖，總結下我自己的認識：
首先，fasync機制是通過內核發送出的SIGIO信號來實現通知機制的，并不是通過休眠喚醒。
從這個角度來說，應用就必須做以下工作：
1、安裝SIGIO信號（信號例程處理內核數據可訪問的情況）
2、告訴內核所需要通知的進程ID
3、設置FASYNC標志，內核會通過驅動調用fasync方法為以后的信號通知做準備。

在應用程序完成了相關設定后，就可以做別的事了，如果有任何問題，內核會通過SIGIO信號通知，應用安裝的信號例程就會被調用。

而在內核空間這端，相關的驅動程序需要實現以下工作：
1、定義一個全局的struct fasync_struct指針；
2、實現file_operations中的fasync方法，基本就是調用內核的輔助函數fasync_helper。
3、在驅動某個可以獲知數據可訪問信息的例程中調用kill_fasync函數。

通過以上內核與應用的配合，就可以方便的使用內核異步通知機制。這種機制用起來簡單，觀其機制，一開始覺得挺復雜的，一旦深入將所有相關的結構體和例程整理一下就會發現，其實這個機制的實現也很清楚明了。個人一直認為對于內核的學習，首先要理清構架及數據結構間的關系。而看別人的代碼分析能讓你適當的理解下構架，最后關鍵在于自己RTFSC。所以我現在一般不再博文中分析代碼，而只說構架和圖解，代碼需要有興趣的朋友自己分析。

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