linux异步，java 异步

linux驱动模块中添加异步通知机制需要完成哪些工作

一驱动方面：

1.在设备抽象的数据结构中增加一个struct fasync_struct的指针

2.实现设备操作中的fasync函数，这个函数很简单，其主体就是调用内核的fasync_helper函数。

3.在需要向用户空间通知的地方(例如中断中)调用内核的kill_fasync函数。

4.在驱动的release方法中调用前面定义的fasync函数

呵呵，简单吧，就三点。其中fasync_helper和kill_fasync都是内核函数，我们只需要调用就可以了。在1中定义的指针是一个重要参数，fasync_helper和kill_fasync会使用这个参数。

二应用层方面

1.利用signal或者sigaction设置SIGIO信号的处理函数

2. fcntl的F_SETOWN指令设置当前进程为设备文件owner

3. fcntl的F_SETFL指令设置FASYNC标志

完成了以上的工作的话，当内核执行到kill_fasync函数，用户空间SIGIO函数的处理函数就会被调用了。

呵呵，看起来不是很复杂把，让我们结合具体代码看看就更明白了。

先从应用层代码开始吧：

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<stdio.h>

#include<fcntl.h>

#include<signal.h>

#include<unistd.h>

#define MAX_LEN 100

//处理函数，没什么好讲的，用户自己定义

void input_handler(int num)

{

char data[MAX_LEN];

int len;

//读取并输出STDIN_FILENO上的输入

len= read(STDIN_FILENO,&data, MAX_LEN);

data[len]= 0;

printf("input available:%s\n", data);

}

void main()

{

int oflags;

//启动信号驱动机制,将SIGIO信号同input_handler函数关联起来,一旦产生SIGIO信号,就会执行input_handler

signal(SIGIO, input_handler);

//STDIN_FILENO是打开的设备文件描述符,F_SETOWN用来决定操作是干什么的,getpid()是个系统调用，

//功能是返回当前进程的进程号,整个函数的功能是STDIN_FILENO设置这个设备文件的拥有者为当前进程。

fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());

//得到打开文件描述符的状态

oflags= fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);

//设置文件描述符的状态为oflags| FASYNC属性,一旦文件描述符被设置成具有FASYNC属性的状态，

//也就是将设备文件切换到异步操作模式。这时系统就会自动调用驱动程序的fasync方法。

fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags| FASYNC);

//最后进入一个死循环，程序什么都不干了，只有信号能激发input_handler的运行

//如果程序中没有这个死循环，会立即执行完毕

while(1);

}

再看驱动层代码，驱动层其他部分代码不变，就是增加了一个fasync方法的实现以及一些改动

//首先是定义一个结构体，其实这个结构体存放的是一个列表，这个

//列表保存的是一系列设备文件，SIGIO信号就发送到这些设备上

static struct fasync_struct*fasync_queue;

//fasync方法的实现

static int my_fasync(int fd, struct file* filp, int on)

{

int retval;

//将该设备登记到fasync_queue队列中去

retval=fasync_helper(fd,filp,on,&fasync_queue);

if(retval<0)

{

return retval;

}

return 0;

}

在驱动的release方法中我们再调用my_fasync方法

int my_release(struct inode*inode, struct file*filp)

{

//..processing..

drm_fasync(-1, filp, 0);

//..processing..

}这样后我们在需要的地方（比如中断）调用下面的代码,就会向fasync_queue队列里的设备发送SIGIO信号

，应用程序收到信号，执行处理程序

if(fasync_queue)

kill_fasync(&fasync_queue, SIGIO, POLL_IN);

Linux异步IO:AIO教程(libaio)

深入探索Linux异步IO（AIO）：libaio教程的精髓

Linux AIO（Asynchronous I/O）是一种提高文件I/O性能的关键技术，它通过异步操作减少磁盘I/O对CPU的占用，提升系统响应速度。AIO的核心流程包括创建IO上下文（io_context_t）、提交请求并获取事件。io_context_t结构包含共享完成队列，通过io_setup初始化，io_destroy负责销毁。AIO的核心数据结构，如io_callback_data（iocb）,在io_submit中扮演重要角色，io_prep_pread/v和io_prep_write用于初始化操作，如异步写入（io_prep_write）处理并行写入。

io_prep_pwritev用于批量异步写入，通过io_submit提交，它允许一次性处理多个IO请求。注意，io_submit批量操作可能影响性能和CPU使用，出现EAGAIN错误时需要谨慎处理。

io_prep_pread则用于预读，同样依赖io_submit进行提交，为高性能读取提供了便利。但是，如果元数据不在内存，io_submit可能导致阻塞，不支持某些文件系统放大写入，这就需要考虑多线程策略来优化。

处理AIO操作的结果，通过io_event对象获取，其中包括data、obj和res字段，io_getevents函数根据ctx_id、min_nr、nr和timeout参数来确定行为。min_nr参数影响阻塞或轮询策略，而nr值则影响性能和内存消耗，过大的nr可能导致性能瓶颈。

AIO的局限性在于，它在某些场景下可能引起阻塞，而且不是所有文件系统都支持。例如，ext4文件系统仅部分支持AIO。为了提高并行性和降低锁竞争，可以使用多个io_context_t，通过哈希线程和文件地址进行管理。POSIX AIO提供了一种替代方式，利用线程池实现异步IO，但线程开销可能影响性能。

在代码实现层面，例如Daniel Ehrenberg的示例，我们看到如何创建AIORequest子类，如AIOReadRequest和AIOWriteRequest，这些类在io_context_t上下文中提交读写请求，并在完成后处理结果。AIOAdder类负责初始化，读写操作的提交，以及事件的处理和剩余请求的收尾。

在性能考量方面，io_submit影响文件系统操作，而io_getevents负责处理完成事件，确保I/O操作的高效完成。当满足预期条件，如计算的总和等于预期值（FLAGS_file_size*(FLAGS_file_size- 1))/ 2时，整个异步IO过程才宣告结束。最后，整个程序通过main函数启动，完成异步读写后返回计算结果。

总结，Linux AIO是提升文件系统性能的重要工具，但需要根据具体应用场景和系统特性进行优化，以达到最佳的并发性和资源利用效率。在实际操作中，结合适当的策略和配置，AIO可以显著提升系统性能，降低CPU占用。

Linux异步IO

Linux中最常用的IO模型是同步IO，在这个模型中，当请求发出之后，应用程序就会阻塞，直到请求满足条件为止。这是一种很好的解决方案，调用应用程序在等待IO完成的时候不需要占用CPU，但是在很多场景中，IO请求可能需要和CPU消耗交叠，以充分利用CPU和IO提高吞吐率。

下图描绘了异步IO的时序，应用程序发起IO操作后，直接开始执行，并不等待IO结束，它要么过一段时间来查询之前的IO请求完成情况，要么IO请求完成了会自动被调用与IO完成绑定的回调函数。

Linux的AIO有多种实现，其中一种实现是在用户空间的glibc库中实现的，本质上是借用了多线程模型，用开启的新的线程以同步的方式做IO，新的AIO辅助线程与发起AIO的线程以pthread_cond_signal()的形式进行线程间的同步，glibc的AIO主要包含以下函数：

1、aio_read()

aio_read()函数请求对一个有效的文件描述符进行异步读操作。这个文件描述符可以代表一个文件、套接字，甚至管道，aio_read()函数原型如下：

aio_read（）函数在请求进行排队之后就会立即返回（尽管读操作并未完成），如果执行成功就返回0，如果出现错误就返回-1。参数aiocb（AIO I/O Control Block）结构体包含了传输的所有信息，以及为AIO操作准备的用户空间缓冲区。在产生IO完成通知时，aiocb结构就被用来唯一标识所完成的IO操作。

2.aio_write()

aio_write()函数用来请求一个异步写操作。函数原型如下：

aio_write（）函数会立即返回，并且它的请求以及被排队（成功时返回值为0，失败时返回值为-1）

3.aio_error()

aio_error()函数被用来确定请求的状态，其原型如下：

该函数的返回：

4.aio_return()

异步IO和同步阻塞IO方式之间有一个区别就是不能立即访问函数的返回状态，因为异步IO没有阻塞在read()调用上。在标准的同步阻塞read()调用中，返回状态是在该函数返回时提供的。

但是在异步IO中，我们要用aio_return()函数，原型如下：

只有在aio_error()调用确定请求已经完成（可能成功、也可能发生了错误）之后，才会调用这个函数，aio_return()的返回值就等价于同步情况中read()或者write系统调用的返回值。

5.aio_suspend()

用户可以用该函数阻塞调用进程，直到异步请求完成为止，调用者提供了一个aiocb引用列表，其中任何一个完成都会导致aio_suspend()返回。函数原型如下：

6.aio_cancel()

该函数允许用户取消对某个文件描述符执行的一个或所以IO请求。

要取消一个请求，用户需要提供文件描述符和aiocb指针，如果这个请求被成功取消了，那么这个函数就会返回AIO_CANCELED。如果请求完成了，就会返回AIO_NOTCANCELED。

7.lio_listio()

lio_listio()函数可用于同时发起多个传输。这个函数非常重要，它使得用户可以在一个系统调用中启动大量的IO操作，原型如下：

mode参数可以是LIO_WAIT或者是LIO_NOWAIT。LIO_WAIT会阻塞这个调用，直到所有的IO都返回为止，若是LIO_NOWAIT模型，在IO操作完成排队之后，该函数就会返回。list是一个aiocb的列表，最大元素的个数是由nent定义的。如果list的元素为null，lio_listio（）会将其忽略。