linux 异步io

Linux异步IO是指在Linux操作系统中，通过使用异步IO技术来实现对文件或网络数据的非阻塞读写操作。Linux的异步IO发展过程中曾经经历了一些曲折，没有一个完美的实现。与Windows下的异步IO相比，Linux的异步IO实现相对不够成熟，没有像IOCP（Input/Output Completion Port）那样被广泛认可。这种异步IO也被称为Linux Kernel AIO（Asynchronous I/O）或者Native AIO，因为它是由Linux内核提供的API。目前，Linux异步IO的实现相对较为复杂，但在将来随着Linux 5.1以上版本的更新，如果io_uring技术能够得到很好的发展，Linux异步IO有可能成为主流。

相关问题

linux异步io驱动

Linux异步IO驱动是一种实现非阻塞IO操作的方法，其主要通过预先注册回调函数来达到异步处理IO请求的目的。在异步IO操作中，当用户请求IO操作时，驱动首先将IO请求保存在一个队列中，然后返回给用户。当IO操作完成后，驱动会调用预先注册的回调函数来通知用户数据已经准备好，用户可以对数据进行处理。这种方法可以提高系统的并发性能和响应速度。

linux异步io驱动 DEMO

我可以为您提供一个简单的基于Linux异步IO的驱动程序范例。这个例子演示了如何使用异步IO驱动程序在Linux内核中使用I/O, 并且可以说是一个非常简单的实现。但是需要注意的是，这个例子并不是用来在实际应用中使用的，而是用来理解和学习异步IO在Linux中的使用方法。以下是基于Linux异步IO的驱动程序范例代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/slab.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/async.h>
#include <linux/ioctl.h>

#define DEVICE_NAME "my_device" // 设备名称
#define MSG_BUFFER_LEN 2048 // 消息缓冲区长度
#define MAJOR_NUM 101 // 设备主设备号
#define MSG_START_CMD 0x00 // 消息开始命令
#define MSG_STOP_CMD 0x01 // 消息停止命令

static int major_num; // 设备主设备号
static char *msg_buffer;
static struct class *my_class;
static struct device *my_device;
static struct cdev my_cdev;
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(read_wq); // 定义等待队列 read_wq
static struct async_struct my_async;

typedef struct {
  unsigned char command;
  unsigned int data_len;
  void * data; // 存储数据
} command_t;

// 驱动程序打开函数
static int my_device_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
  return 0;
}

// 驱动程序关闭函数
static int my_device_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
  return 0;
}

// 驱动程序读函数
static ssize_t my_device_read(struct file *filp, char __user *buf,
                                size_t len, loff_t *off)
{
  int size;
  if( async_scheduled(&my_async) ) // 如果异步请求完成
  {
    size = async_error(&my_async); // 获取异步请求结果
    if(size < 0) // 如果请求错误
      return size;
    // 如果请求成功
    copy_to_user(buf, my_async.buf, size); // 将缓冲区中的数据传递给用户空间
    async_done(&my_async, size); // 完成异步请求
    return size;
  }

  if(wait_event_interruptible(read_wq, async_scheduled(&my_async))) // 等待异步请求
    return -ERESTARTSYS; // 如果被中断则返回错误
  size = async_error(&my_async); // 获取异步请求结果
  if(size < 0) // 如果请求错误
    return size;
  // 如果请求成功
  copy_to_user(buf, my_async.buf, size); // 将缓冲区中的数据传递给用户空间
  async_done(&my_async, size); // 完成异步请求
  return size;
}

// 驱动程序写函数
static ssize_t my_device_write(struct file *filp, const char __user *buf,
                                size_t len, loff_t *off)
{
  int size;
  unsigned int data_len;
  command_t cmd;
  cmd.data = kmalloc(MSG_BUFFER_LEN, GFP_KERNEL);

  if (copy_from_user(&cmd, buf, sizeof(cmd))) // 从用户空间中拷贝数据
    goto ERROR_SYS;

  if (cmd.data_len > MSG_BUFFER_LEN) // 请求的数据长度过长
    goto ERROR_CMD;

  if (copy_from_user(cmd.data, buf + sizeof(cmd), cmd.data_len)) // 从用户空间中拷贝数据
    goto ERROR_SYS;

  size = async_read(my_async.q, cmd.command, cmd.data, cmd.data_len, 0); // 发送异步请求

  if(size < 0) // 如果请求错误
    goto ERROR_SYS;

  kfree(cmd.data);
  return cmd.data_len + sizeof(unsigned char) + sizeof(unsigned int);

ERROR_CMD:
  kfree(cmd.data);
  return -EINVAL; // 命令错误
ERROR_SYS:
  kfree(cmd.data);
  return -EFAULT; // 拷贝数据错误
}

// 驱动程序控制命令函数
static long my_device_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
  if (cmd == MSG_STOP_CMD) // 发送停止异步请求命令
  {
    async_stop(&my_async.q);
    return 0;
  }
  return -ENOTTY;
}

// 驱动程序操作函数
static struct file_operations my_device_fops = {
  .owner = THIS_MODULE,
  .open = my_device_open,
  .release = my_device_release,
  .read = my_device_read,
  .write = my_device_write,
  .unlocked_ioctl = my_device_ioctl,
  .compat_ioctl = my_device_ioctl,
};

// 驱动程序初始化函数，注册设备
static int __init my_device_init(void)
{
  int res;
  dev_t dev;

  // 申请设备号
  res = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, DEVICE_NAME);
  if (res < 0)
  {
    printk(KERN_ERR "Failed to allocate char device region\n");
    return res;
  }

  // 获得设备主设备号
  major_num = MAJOR(dev);

  msg_buffer = kmalloc(MSG_BUFFER_LEN, GFP_KERNEL);
  if (!msg_buffer) // 申请内核缓冲区失败
    goto ERR_KMALLOC;

  async_init(&my_async, msg_buffer, MSG_BUFFER_LEN, GFP_KERNEL); // 初始化异步请求结构体

  cdev_init(&my_cdev, &my_device_fops); // 初始化设备

  res = cdev_add(&my_cdev, MKDEV(major_num, 0), 1); // 加入驱动程序
  if (res < 0)
  {
    printk(KERN_ERR "Couldn't add the device to the system\n");
    goto ERR_CDEV_ADD;
  }

  my_class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME); // 创建设备类
  if (IS_ERR(my_class)) // 如果创建设备类失败
    goto ERR_CLASS_CREATE;

  my_device = device_create(my_class, NULL, MKDEV(major_num, 0), NULL, DEVICE_NAME); // 创建设备
  if (IS_ERR(my_device)) // 如果创建设备失败
    goto ERR_DEVICE_CREATE;

  printk(KERN_INFO "Device registered with major number %d\n", MAJOR(dev));
  return 0;

ERR_DEVICE_CREATE:
  class_destroy(my_class);
ERR_CLASS_CREATE:
  cdev_del(&my_cdev);
ERR_CDEV_ADD:
  kfree(msg_buffer);
ERR_KMALLOC:
  unregister_chrdev_region(MKDEV(major_num, 0), 1);
  return res;
}

// 驱动程序卸载函数，注销设备
static void __exit my_device_exit(void)
{
  device_destroy(my_class, MKDEV(major_num, 0));
  class_unregister(my_class);
  class_destroy(my_class);
  cdev_del(&my_cdev);
  kfree(msg_buffer);
  unregister_chrdev_region(MKDEV(major_num, 0), 1);
  async_release(&my_async.q); // 释放异步请求队列资源
  printk(KERN_INFO "Device unregistered\n");
}

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("CSDN");
MODULE_DESCRIPTION("Driver for my device");

module_init(my_device_init);
module_exit(my_device_exit);

这是一个非常简单的基于Linux异步IO的驱动程序范例，该范例可以与用户空间应用程序交互来实现I/O操作。由于涉及异步IO操作，需要相应的理解和学习才能正确使用。