Linux驅動編程：異步操作實踐

在Linux驅動編程中，異步操作是一種常見的需求，它允許驅動程序在等待某些操作（如I/O操作）完成時繼續執行其他任務，從而提高系統的整體性能。以下是一些在Linux驅動編程中實現異步操作的實踐方法：

1. 使用工作隊列（Work Queues）

工作隊列是Linux內核提供的一種機制，用于將工作推遲到稍后執行。驅動程序可以將需要異步執行的任務提交到工作隊列中。

#include <linux/workqueue.h>

static struct work_struct my_work;

static void my_work_handler(struct work_struct *work)
{
    // 異步操作代碼
}

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. 使用延遲工作（Delayed Work）

延遲工作是工作隊列的一種擴展，允許任務在指定的時間后執行。

#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)
{
    // 延遲執行的異步操作代碼
}

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. 使用異步通知（Async Notifications）

異步通知是一種機制，允許驅動程序在某個事件發生時通知用戶空間應用程序。這通常通過ioctl命令或netlink套接字來實現。

#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)
{
    // 異步操作完成后的處理代碼
}

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);
    // 注冊字符設備或其他初始化操作
    return 0;
}

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    async_destroy(&my_async);
    // 注銷字符設備或其他清理操作
}

module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

4. 使用中斷和底半部（Bottom Halves）

中斷處理程序通常分為上半部和下半部。上半部處理緊急的中斷，而下半部（如軟中斷、tasklet）處理非緊急的任務。

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

irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    // 上半部處理緊急任務
    tasklet_schedule(&my_tasklet);
    return IRQ_HANDLED;
}

void my_tasklet_handler(unsigned long data)
{
    // 下半部處理非緊急任務
}

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);

總結

在Linux驅動編程中實現異步操作有多種方法，包括使用工作隊列、延遲工作、異步通知和中斷處理程序。選擇哪種方法取決于具體的應用場景和需求。通過合理使用這些機制，可以提高驅動程序的性能和響應性。