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标题: RT-Signal 及其应用要点（2） [打印本页]

作者: look_w 时间: 2018-5-9 20:22 标题: RT-Signal 及其应用要点（2）

驱动程序当设备有 I/O 事件发生，应有机制保证向登记的应用进程发送信号，显然设备驱动程序扮演了重要角色，实际终端 tty、网络 socket 等的驱动层标准实现已经包括了对实时信号驱动的支持，所以，在 Linux 应用程序中可以如上框架直接使用fcntl()配置。但有些设备的驱动程序还并没有支持此特征，对此，LDD [3] [4]都有描述（两个版本是一致的），能够提供一些重要的信息。以下两个 API 应该可以屏蔽所有相似操作（如send_sig()）的标准接口：

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int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int mode,
struct fasync_struct **fa);
void kill_fasync(struct fasync_struct **fa, int sig, int band);

为了支持异步通知机制，设备结构中需要有异步事件通知队列，它应该与睡眠队列类似，并且需要实现 fasync 方法(method)。当一个打开的文件 FASYNC 标志变化时，如fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC)操作，它将被调用将相应的进程登记到 async_queue 上去。

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   struct my_dev{
  wait_queue_head_t in, out;
  ...
  struct fasync_struct *async_queue;
};
static int my_f_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)
{
  struct my_dev *dev = filp->private_data;
  return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->async_queue);
}

但做异步通知登记的进程又是怎么能知道事件的发生呢？应该是在确切知道事件发生的地方，那本源应该就是中断服务程序，或相应的软中断中发出信号通知。

1 2	if (dev->async_queue) kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN);

如果是写操作，就是 POLL_OUT。不过，LDD 提醒大家在实现release方法(设备文件关闭)时，注意执行 fasync()，使得本文件的操作从上述的设备异步事件等待链表中剥离。

1 2	/* remove this filp from the asynchronously notified filp's */ my_f_fasync(-1, filp, 0);

至此，一个支持 RT-Signal 的驱动框架也就具备了。不过，LDD 的读者请注意以下几点：

kill_async() 并没有发出用户指定的信号值，而是发出 SIGIO, 这是一个兼容传统的做法，没有问题，但并不是说，用户进程将得到 SIGIO，如果用户设置了希望的信号值，用户进程将得到它，如 SIGRTMIN + 2 而不是 SIGIO，下一节将解释为什么；
上一点是至关重要的，因为不能理解这一点，用户进程就没能使用 fcntl(fd, F_SETSIG, signum)指定信号值，那缺省值，的确就是 SIGIO 了；
此外， LDD 中的例子是一个管道设备，管道读的信号通知时机由写决定，这不具有一般性，而中断服务程序或相关软中断中显然是最常见的适用时机；

以上问题，实际从 LDD第二版就存在，因为 2.4 的内核已经完全具有以上机制，但在第三版 [4] 中仍未更正，希望注意。
相关内幕为了进一步弄清信号通知机制，首先，让我们看一下 fs/fcntl.c， fcntl(fd, F_SETSIG, signum)到底做了什么：

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case F_SETSIG:
/* arg == 0 restores default behaviour. */
if (arg < 0 || arg > _NSIG) {
break;
}
err = 0;
filp->f_owner.signum = arg;
break;

显然，在文件描述属性中有专门的成员变量存贮设定的信号值。当执行 kill_fasync() 时，将向该设备 async_queue 链表中的所有使用 fasync_help() 登记的进程发送信号，注意这里的从入口得到的 sig（一般为SIGIO）只作为不是 SIGURG 的指示，真正向进程发送的信号将为f_owner.signum。

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/* Don't send SIGURG to processes which have not set a
queued signum: SIGURG has its own default signalling
mechanism. */
if (!(sig == SIGURG && fown->signum == 0))
send_sigio(fown, fa->fa_fd, band);

send_sigio() 不仅只向进程发送一个信号，还有相关的更多的信息(payload，siginfo_t),它的实现主如下：

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switch (fown->signum) {
  siginfo_t si;
  default:
/* Queue a rt signal with the appropriate fd as its
value.  We use SI_SIGIO as the source, not
SI_KERNEL, since kernel signals always get
delivered even if we can't queue.  Failure to
queue in this case _should_ be reported; we fall
back to SIGIO in that case. --sct */
si.si_signo = fown->signum;
si.si_errno = 0;
si.si_code  = reason;
/* Make sure we are called with one of the POLL_*
reasons, otherwise we could leak kernel stack into
userspace.  */
if ((reason & __SI_MASK) != __SI_POLL)
   BUG();
if (reason - POLL_IN >= NSIGPOLL)
   si.si_band  = ~0L;
else
   si.si_band = band_table[reason - POLL_IN];
si.si_fd = fd;
if (!send_sig_info(fown->signum, &si, p))
   break;
/* fall-through: fall back on the old plain SIGIO signal */
  case 0:
send_sig(SIGIO, p, 1);
}

如果发送（向信号队列插入）失败，将发出一个传统的信号 SIGIO 给进程（上面的应用进程对此异常登记了回调函数予以处理:）。至于 send_sig_info() 如何将信号加到进程的信号队列中，很容易理解，可以去阅读相关的代码，实际 [7] [8]有很好的描述，其中关于信号的可靠／不可靠讨论令人印象深刻。
结论本文自顶而下又自底而上给出了用户程序和设备驱动支持 POSIX RT-Signal的要点，讨论了相关的系统内部，并纠正了一些现有的认识误区，希望彻底扫清理解和使用实时信号上的障碍。

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