python 网络编程 异步io_异步IO实现 小例（程序+驱动程序）

结合阻塞与非阻塞访问、poll 函数可以较好地解决设备的读写，但是如果有了异步通知就更方便了。异步通知的意思是：一旦设备就绪，则主动通知应用程序，这样应用程序根本就不需要查询设备状态，这一点非常类似于硬件上“中断”地概念，比较准确的称谓是：信号驱动(SIGIO)的异步 I/O。可以使用signal()函数来设置对应的信号的处理函数。函数原型是：

void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int)

我们先来看一个使用信号驱动的例子，通过signal(SIGIO,input_handler) 对打开的文件fd 启动信号机制，输入可获得时inputhandler被调用，代码如下：

/*async_io_app.c*/

#include #include#include#include#include#include#include#define MAX_LEN 100 intfd;void input_handler(intnum)

{chardata[MAX_LEN];intlen;//读取并输出 STDIN_FILENO 上的输入 len= read(fd, &data, MAX_LEN);

data[len]= 0;

printf("input available:%s\n", data);

}intmain()

{intoflags;//启动信号驱动机制 fd= open("/dev/CDEV_ZHU", O_RDWR, S_IRUSR |S_IWUSR);if(fd == -1)

{

printf("Device Open Failure !\n");

exit(0);

}

signal(SIGIO, input_handler);

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

oflags=fcntl(fd, F_GETFL);

fcntl(fd, F_SETFL, oflags|FASYNC);//最后进入一个死循环，程序什么都不干了，只有信号能激发 input_handler 的运行//如果程序中没有这个死循环，会立即执行完毕 while (1);return 0;

}

下面来解释一下上面的代码。为了一个用户在用户空间中能处理一个设备释放的信号，它必须完成一下3份工作：

1)通过F_SETOWN控制指令设置设备文件的拥有者为本进程,这样从设备驱动中发出的信号才能被本进程收到。

2)通过F_SETFL 控制命令设置设备文件支持FASYNC,即异步通知模式。

3)通过signal()链接信号和信号处理函数。

有了信号的发送，那么就一定得有信号的释放了：

在设备驱动和应用程序的异步通知交互中，仅仅在应用程序端捕获信号是不够的，因为信号没有的源头是在驱动端，因此要在适当的时机让设备驱动释放信号。

为了使设备支持异步通知机制，驱动程序中涉及三个操作：

1)支持F_SETOWN命令，能在这个控制命令处理中设置filp->f_owner为对应的进程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fasync()函数将得以进行。因此,驱动程序必须实现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。

驱动程序中上面的三步是和应用程序是一一对应的。如下图：

设备驱动中异步通知编程还是比较简单的，主要就是一些数据结构，和两个函数：

数据结构：fasync_struct结构体

函数：1)处理FASYNC标志变更的函数int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int mode ,struct fasync_struct **fa);

2) 释放信号用的函数void kill_fasync(struct fasync_struct **fa, int sig, int band);

和其他设备驱动一样，一般将fasync_struct放到设备结构体中。

下面给出驱动程序部分实现支持异步IO的代码：

/* async_io_driver.c */

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

MODULE_LICENSE("GPL");

#define LEN  30

#define init_MUTEX(LOCKNAME) sema_init(LOCKNAME,1)

#define DEVICE_NAME  "CDEV_ZHU"

static struct class *cdev_class;

struct asycIO

{

struct cdev dev_c; /*cdev结构体*/

dev_t  dev;

char  mem[LEN];

int   flag ;

struct semaphore sem; /*并发控制用的信号量*/

wait_queue_head_t r_wait; /*阻塞读用的等待队列头*/

struct fasync_struct *async_queue; /* 异步结构体指针，用于读 */

};

struct asycIO  asyc_device;

static int asyc_io_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)

{

return fasync_helper(fd, filp, mode, &asyc_device.async_queue);

}

/*文件释放函数*/

int asyc_io_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

/* 将文件从异步通知列表中删除 */

asyc_io_fasync( - 1, filp, 0);

return 0;

}

/*写操作*/

static ssize_t asyc_write(struct file *filp, const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)

{

int ret = count;

printk("In asyc_write!　\n");

down(&asyc_device.sem);  //获取信号量

memset(asyc_device.mem,0,LEN);

if (copy_from_user(asyc_device.mem, buf, count))

{

up(&asyc_device.sem);

return    - EFAULT;

}

printk("kernel recieve: %s  and the length is %d \n",asyc_device.mem,count);

up(&asyc_device.sem);

asyc_device.flag = 1;

if (asyc_device.async_queue)

kill_fasync(&asyc_device.async_queue, SIGIO, POLL_IN);

wake_up_interruptible(&asyc_device.r_wait);

return ret;

}

static ssize_t asyc_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off)

{

int ret = len;

printk("In asyc_read \n");

if (wait_event_interruptible(asyc_device.r_wait, asyc_device.flag != 0))

{

return    - ERESTARTSYS;

}

if (down_interruptible(&asyc_device.sem))

{

return    - ERESTARTSYS;

}

asyc_device.flag = 0;

if (copy_to_user(buf, asyc_device.mem, len))

{

up(&asyc_device.sem);

return    - EFAULT;

}

up(&asyc_device.sem);

return ret;

}

struct file_operations asyc_fops =

{

read: asyc_read,

write: asyc_write,

fasync: asyc_io_fasync,

release: asyc_io_release,

};

static int __init asyc_init(void)

{

int ret,err;

ret = alloc_chrdev_region(&(asyc_device.dev),0,1,DEVICE_NAME) ;

if (ret)

{

printk("globalvar register failure");

}

else

{

cdev_init(&(asyc_device.dev_c),&asyc_fops);

err = cdev_add(&(asyc_device.dev_c),asyc_device.dev,1);

if(err)

{

printk(KERN_NOTICE "error %d adding FC_dev\n",err);

unregister_chrdev_region(asyc_device.dev, 1);

return err;

}

else

{

printk("device register success! \n");

}

cdev_class = class_create(THIS_MODULE,DEVICE_NAME);

if(IS_ERR(cdev_class))

{

printk("ERR:cannot create a cdev_class\n");

unregister_chrdev_region(asyc_device.dev, 1);

return -1;

}

device_create(cdev_class, NULL, asyc_device.dev, 0, DEVICE_NAME);

asyc_device.flag = 0;

init_MUTEX(&(asyc_device.sem));

init_waitqueue_head(&(asyc_device.r_wait));

}

return ret;

}

static void __exit asyc_exit(void)

{

device_destroy(cdev_class,asyc_device.dev);

class_destroy(cdev_class);

unregister_chrdev_region(asyc_device.dev,1);

printk(" device exit! \n");

}

module_init(asyc_init);

module_exit(asyc_exit);

应用程序实现写入功能：

/*async_io_app_w.c*/

#include

#include

#include

#include

#include

int main()

{

int fd, num;

char buffer[100] = {0};

fd = open("/dev/CDEV_ZHU", O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR);

printf("open /dev/CDEV_ZHU fd = %d \n",fd);

if (fd != -1)

{

while (1)

{

memset(buffer,0,sizeof(buffer));

printf("Please input the buffer:\n");

scanf("%s", buffer);

if (buffer[0] == '0') //如果输入 0，退出

{

close(fd);

break;

}

write(fd, buffer, strlen(buffer));

printf("We have written: %s\n",buffer);

}

}

else

{

printf("device open failure\n");

}

return 0;

}

将上面的“async_io_app.c”、“async_io_driver.c”、“async_io_app_w.c”进行编译，加载驱动之后，开两个终端，分别运行async_io_app 和 async_io_app_w，当async_io_app_w有数据写入的时候，async_io_app的终端会打印所写入的数据，当然内核也会打印数据，下面是结果：

说明：上面图是三个终端的打印结果，从左到右一次是async_io_app_w , async_io_app 和使用dmesg 打印内核的结果。

注：我本来也想用代码格式，但是感觉在vim上排版很舒服的，上来用代码格式反而还不好看了，于是就这样了

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