Linux驱动编程：异步操作实践 - 问答

在Linux驱动编程中，异步操作是一种常见的需求，它允许驱动程序在等待某些操作（如I/O操作）完成时继续执行其他任务，从而提高系统的整体性能。以下是一些在Linux驱动编程中实现异步操作的实践方法：

1. 使用工作队列（Work Queues）

工作队列是Linux内核提供的一种机制，用于将工作推迟到稍后执行。驱动程序可以将需要异步执行的任务提交到工作队列中。

#include <linux/workqueue.h>

static struct work_struct my_work;

static void my_work_handler(struct work_struct *work)
{
    // 异步操作代码
}

static int __init my_driver_init(void)
{
    INIT_WORK(&my_work, my_work_handler);
    schedule_work(&my_work);
    return 0;
}

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    cancel_work_sync(&my_work);
}

module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

2. 使用延迟工作（Delayed Work）

延迟工作是工作队列的一种扩展，允许任务在指定的时间后执行。

#include <linux/delay.h>
#include <linux/workqueue.h>

static struct delayed_work my_delayed_work;

static void my_delayed_work_handler(struct work_struct *work)
{
    // 延迟执行的异步操作代码
}

static int __init my_driver_init(void)
{
    INIT_DELAYED_WORK(&my_delayed_work, my_delayed_work_handler);
    schedule_delayed_work(&my_delayed_work, msecs_to_jiffies(1000));
    return 0;
}

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    cancel_delayed_work_sync(&my_delayed_work);
}

module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

3. 使用异步通知（Async Notifications）

异步通知是一种机制，允许驱动程序在某个事件发生时通知用户空间应用程序。这通常通过ioctl命令或netlink套接字来实现。

#include <linux/async.h>

static struct async_struct my_async;

static int my_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    switch (cmd) {
        case MY_IOCTL_ASYNC_NOTIFY:
            async_schedule(&my_async, my_async_handler, NULL);
            break;
        default:
            return -EINVAL;
    }
    return 0;
}

static void my_async_handler(struct async_struct *async)
{
    // 异步操作完成后的处理代码
}

static struct file_operations my_fops = {
    .unlocked_ioctl = my_ioctl,
};

static int __init my_driver_init(void)
{
    async_init(&my_async, my_async_handler, NULL);
    // 注册字符设备或其他初始化操作
    return 0;
}

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    async_destroy(&my_async);
    // 注销字符设备或其他清理操作
}

module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

4. 使用中断和底半部（Bottom Halves）

中断处理程序通常分为上半部和下半部。上半部处理紧急的中断，而下半部（如软中断、tasklet）处理非紧急的任务。

#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/module.h>

irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    // 上半部处理紧急任务
    tasklet_schedule(&my_tasklet);
    return IRQ_HANDLED;
}

void my_tasklet_handler(unsigned long data)
{
    // 下半部处理非紧急任务
}

static struct tasklet_struct my_tasklet = {
    .func = my_tasklet_handler,
};

static int __init my_driver_init(void)
{
    if (request_irq(irq_number, my_irq_handler, IRQF_SHARED, "my_irq", NULL)) {
        pr_err("Failed to request IRQ\n");
        return -EIO;
    }
    tasklet_init(&my_tasklet, my_tasklet_handler, 0);
    return 0;
}

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    free_irq(irq_number, NULL);
    tasklet_kill(&my_tasklet);
}

module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

总结

在Linux驱动编程中实现异步操作有多种方法，包括使用工作队列、延迟工作、异步通知和中断处理程序。选择哪种方法取决于具体的应用场景和需求。通过合理使用这些机制，可以提高驱动程序的性能和响应性。

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