标签：void file kill 剖析 mod unlock 问题 分配 机制
1.概念:
异步通知机制：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，是一种“信号驱动的异步I/O”。信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，在原理上，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是异步的，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候会到达。
2.我们试图通过两个方面来分析异步通知机制：
从用户程序的角度考虑：为了启动文件的异步通知机制，用户程序必须执行两个步骤。首先，他们指定一个进程作为文件的“属主（owner）”。当进程使用fcntl系统调用执行
F_SETOWN命令时，属主进程的进程ID号就被保存在filp->f_owner中。这一步是必需的，目的是为了让内核知道应该通知哪个进程。 然后为了真正启动异步通知机制，用户程序还必须
在设备中设置FASYNC标志，这通过fcntl的F_SETFL命令完成的。 执行完这两个步骤之后，输入文件就可以在新数据到达时请求发送一个SIGIO信号。该信号被发送到存放在filp-
>f_owner中的进程（如果是负值就是进程组）。
在用户程序中，为了捕获信号，可以使用signal()函数来设置对应信号的处理函数：
1 void (*signal(int signum, void (*handler))(int)))(int);
该函数原型较难理解， 它可以分解为：
1 typedef void (*sighandler_t)(int); //消息处理函数 2 sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)); //连接信号与消息处理函数
第一个参数指定信号的值，第二个参数指定针对前面信号值的处理函数，若为SIG_IGN，表示忽略该信号；若为SIG_DFL，表示采用系统默认方式处理信号；若为用户自定义的函
数，则信号被捕获到后，该函数将被执行。如果signal()调用成功，它返回最后一次为信号signum绑定的处理函数的handler值，失败则返回SIG_ERR。
1 fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid()); //设置本进程为STDIN_FILENO文件的拥有者，没有这一步，内核不会知道应该将信号发给哪个进程 2 oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL); //获取设备文件的f_flags 3 fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC); //为了启用异步通知机制，还需对设备设置FASYNC标志
我们先通过内核源码，剖析上面的实现原理。
1 app:fcntl() 2 kernel:sys_fcntl() 3 do_fcntl() 4 switch (cmd) { 5 …… 6 case F_GETFL: 7 err = filp->f_flags; //返回文件标志 8 break; 9 case F_SETFL: 10 err = setfl(fd, filp, arg); //转调用setfl函数 11 break; 12 …… 13 case F_SETOWN: 14 err = f_setown(filp, arg, 1); //转调用f_setown函数 15 break; 16 …… 17 default: 18 break; 19 } 20 return err;
//来看看f_setown函数的内部实现：设置文件的属主进程
1 int f_setown(struct file *filp, unsigned long arg, int force) 2 { 3 ... 4 pid = find_pid(who); //获取当前进程的pid 5 result = __f_setown(filp, pid, type, force); //内部主要调用f_modown函数 6 ... 7 } 8 static void f_modown(struct file *filp, struct pid *pid, enum pid_type type,uid_t uid, uid_t euid, int force) 9 { 10 ... 11 if (force || !filp->f_owner.pid) { //设置对应的pid，uid，euid 12 put_pid(filp->f_owner.pid); 13 filp->f_owner.pid = get_pid(pid); 14 filp->f_owner.pid_type = type; 15 filp->f_owner.uid = uid; 16 filp->f_owner.euid = euid; 17 } 18 ... 19 }
//再来看看setfl函数的内部实现：
1 static int setfl(int fd, struct file * filp, unsigned long arg) 2 { 3 ... 4 if ((arg ^ filp->f_flags) & FASYNC) { //也就是说FASYNC标志从0变为1的时候，才为真。 5 if (filp->f_op && filp->f_op->fasync) { 6 error = filp->f_op->fasync(fd, filp, (arg & FASYNC) != 0); //调用的就是驱动程序的fasync()函数 7 if (error < 0) 8 goto out; 9 } 10 } 11 ... 12 }
从驱动程序角度考虑：
应用程序在执行F_SETFL启用FASYNC时，调用驱动程序的fasync方法。只要filp->f_flags中的FASYNC标识发生了变化，就会调用该方法，以便把这个变化通知驱动程序，使其能
正确响应。文件打开时，FASYNC标志被默认为是清除的。当数据到达时，所有注册为异步通知的进程都会被发送一个SIGIO信号。
Linux的这种通用方法基于一个数据结构和两个函数：
1 extern int fasync_helper(int, struct file *, int, struct fasync_struct **); 2 //当一个打开的文件的FASYNC标志被修改时，调用驱动程序的fasync方法间接调用fasync_helper函数以便将当前进程加入到驱动程序的异步通知等待队列中。 3 extern void kill_fasync(struct fasync_struct **, int, int); 4 //当设备可访问时，可使用kill_fasync函数发信号所有的相关进程。进程进而调用绑定的消息处理函数。
//分析fasync_helper的内部实现
1 int fasync_helper(int fd, struct file * filp, int on, struct fasync_struct **fapp) 2 { 3 struct fasync_struct *fa, **fp; 4 struct fasync_struct *new = NULL; 5 int result = 0; 6 if (on) { 7 new = kmem_cache_alloc(fasync_cache, SLAB_KERNEL);//创建对象，slab分配器 8 if (!new) 9 return -ENOMEM; 10 } 11 write_lock_irq(&fasync_lock); 12 //遍历整个异步通知队列，看是否存在对应的文件指针 13 for (fp = fapp; (fa = *fp) != NULL; fp = &fa->fa_next) { 14 if (fa->fa_file == filp) {//已存在 15 if(on) { 16 fa->fa_fd = fd;//文件描述符赋值 //注：不明白为什么这里只需要更新文件描述符，而不需要更新文件指针 17 kmem_cache_free(fasync_cache, new);//销毁刚创建的对象 18 } else { 19 *fp = fa->fa_next;//继续遍历 20 kmem_cache_free(fasync_cache, fa);//删除非目标对象 此用于应用程序屏蔽异步通知. 21 result = 1; 22 } 23 goto out;//找到了 24 } 25 } 26 //看到下面可以得知，所谓的把进程添加到异步通知队列中 27 //实则是将文件指针关联到异步结构体对象，然后将该对象挂载在异步通知队列中（等待队列也是这个原理） 28 //那么最后发送信号又是怎么知道是哪个进程的呢？我们看后面的kill_fasync函数。 29 if (on) {//不存在 30 new->magic = FASYNC_MAGIC; 31 new->fa_file = filp;//指定文件指针 32 new->fa_fd = fd;//指定文件描述符 33 new->fa_next = *fapp;//挂载在异步通知队列中 34 *fapp = new;//挂载 35 result = 1; 36 } 37 out: 38 write_unlock_irq(&fasync_lock); 39 return result; 40 }
//看看kill_fasync函数是怎么将信号通知指定进程的：
1 void __kill_fasync(struct fasync_struct *fa, int sig, int band) 2 { 3 while (fa) { 4 ... 5 fown = &fa->fa_file->f_owner;//这里便是回答上面的问题，如果知道是哪个进程的，通过异步对象的文件指针知道其属主进程 6 /* Don‘t send SIGURG to processes which have not set a queued signum: SIGURG has its own default signallingmechanism. */ 7 if (!(sig == SIGURG && fown->signum == 0)) 8 send_sigio(fown, fa->fa_fd, band);//发送信号 9 fa = fa->fa_next; 10 ... 11 } 12 }
总结：应用程序使用fcntl()设置当前进程的pid和FASYNC标志。进而调用驱动程序的fasync()，即fasync_helper()。然后申请和设置fasync_struct结构，将此结构挂载到驱动程序
的fasync_struct结构链表中。当设备可用时，驱动程序会使用kill_fasync()，从fasync_struct链表中，查找所有的等待进程，然后调用send_sigio发送相应的消息给进程。进程接收到消息，就会跳转到与消息绑定的消息处理函数中。
此文源码基于内核源码版本为linux-2.6.22.6
参考：https://www.cnblogs.com/tureno/articles/6059711.html
标签：void file kill 剖析 mod unlock 问题 分配 机制
原文地址：https://www.cnblogs.com/hwli/p/9220432.html
