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Linux:驅動程序如何發(fā)送【信號】給應用程序?

2021-12-06 14:47
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作  者:道哥,10+年嵌入式開發(fā)老兵,專注于:C/C++、嵌入式、Linux。

目錄

kill 命令和信號

使用 kill 命令發(fā)送信號

多線程中的信號

信號注冊和處理函數(shù)

驅動程序代碼示例:發(fā)送信號

功能需求

驅動程序代碼

驅動模塊 Makefile

編譯和加載

應用程序代碼示例:接收信號

注冊信號處理函數(shù)

測試驗證

別人的經(jīng)驗,我們的階梯!

大家好,我是道哥,今天我為大伙兒解說的技術知識點是:【驅動層中,如何發(fā)送信號給應用程序】。

在上一篇文章中,我們討論的是:在應用層如何發(fā)送指令來控制驅動層的 GPIOLinux驅動實踐:如何編寫【 GPIO 】設備的驅動程序??刂频姆较蚴菑膽脤拥津寗訉樱

那么,如果想讓程序的執(zhí)行路徑從下往上,也就是從驅動層傳遞到應用層,應該如何實現(xiàn)呢?

最容易、最簡單的方式,就是通過發(fā)送信號!

這篇文章繼續(xù)以完整的代碼實例來演示如何實現(xiàn)這個功能。

kill 命令和信號

使用 kill 命令發(fā)送信號

關于 Linux 操作系統(tǒng)的信號,每位程序員都知道這個指令:使用 kill 工具來“殺死”一個進程:

$ kill -9 <進程的 PID>

這個指令的功能是:向指定的某個進程發(fā)送一個信號 9,這個信號的默認功能是:是停止進程。

雖然在應用程序中沒有主動處理這個信號,但是操作系統(tǒng)默認的處理動作是終止應用程序的執(zhí)行。

除了發(fā)送信號 9,kill 命令還可以發(fā)送其他的任意信號。

在 Linux 系統(tǒng)中,所有的信號都使用一個整型數(shù)值來表示,可以打開文件 /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/signum.h(你的系統(tǒng)中可能位于其它的目錄) 查看一下,比較常見的幾個信號是:

Signals.  

#define SIGINT 2 Interrupt (ANSI).  

#define SIGKILL 9 Kill, unblockable (POSIX).  

#define SIGUSR1 10 User-defined signal 1 (POSIX).  

#define SIGSEGV 11 Segmentation violation (ANSI).  

#define SIGUSR2 12 User-defined signal 2 (POSIX).  

...

...

#define SIGSYS 31 Bad system call.  

#define SIGUNUSED 31

#define _NSIG 65 Biggest signal number + 1
     (including real-time signals).  

These are the hard limits of the kernel.  These values should not be

used directly at user level.  

#define __SIGRTMIN 32

#define __SIGRTMAX (_NSIG - 1)

信號 9 對應著 SIGKILL,而信號11(SIGSEGV)就是最令人討厭的Segmentfault!

這里還有一個地方需要注意一下:實時信號和非實時信號,它倆的主要區(qū)別是:

1. 非實時信號:操作系統(tǒng)不確保應用程序一定能接收到(即:信號可能會丟失);

2. 實時信號:操作系統(tǒng)確保應用程序一定能接收到;

如果我們的程序設計,通過信號機制來完成一些功能,那么為了確保信號不會丟失,肯定是使用實時信號的。

從文件 signum.h 中可以看到,實時信號從 __SIGRTMIN(數(shù)值:32) 開始。

多線程中的信號

我們在編寫應用程序時,雖然沒有接收并處理 SIGKILL 這個信號,但是一旦別人發(fā)送了這個信號,我們的程序就被操作系統(tǒng)停止掉了,這是默認的動作。

那么,在應用程序中,應該可以主動聲明接收并處理指定的信號,下面就來寫一個最簡單的實例。

在一個應用程序中,可能存在多個線程;

當有一個信號發(fā)送給此進程時,所有的線程都可能接收到,但是只能有一個線程來處理;

在這個示例中,只有一個主線程來接收并處理信號;

信號注冊和處理函數(shù)

按照慣例,所有應用程序文件都創(chuàng)建在 ~/tmp/App 目錄中。

image.png

這個示例程序接收的信號是 SIGUSR1 和 SIGUSR2,也就是數(shù)值 10 和 12。

編譯、執(zhí)行:

$ gcc app_handle_signal.c -o app_handle_signal

$ ./app_handle_signal

此時,應用程序開始執(zhí)行,等待接收信號。

在另一個終端中,使用kill指令來發(fā)送信號SIGUSR1或者 SIGUSR2。

kill 發(fā)送信號,需要知道應用程序的 PID,可以通過指令: ps -au | grep app_handle_signal 來查看。

其中的15428就是進程的 PID。

執(zhí)行發(fā)送信號SIGUSR1指令:

$ kill -10 15428

此時,在應用程序的終端窗口中,就能看到下面的打印信息:

說明應用程序接收到了 SIGUSR1 這個信號!

注意:我們是使用kill命令來發(fā)送信號的,kill 也是一個獨立的進程,程序的執(zhí)行路徑如下:

在這個執(zhí)行路徑中,我們可控的部分是應用層,至于操作系統(tǒng)是如何接收kill的操作,然后如何發(fā)送信號給 app_handle_signal 進程的,我們不得而知。

下面就繼續(xù)通過示例代碼來看一下如何在驅動層主動發(fā)送信號。

驅動程序代碼示例:發(fā)送信號功能需求

在剛才的簡單示例中,可以得出下面這些信息:

1. 信號發(fā)送方:必須知道向誰[PID]發(fā)送信號,發(fā)送哪個信號;

2. 信號接收方:必須定義信號處理函數(shù),并且向操作系統(tǒng)注冊:接收哪些信號;

發(fā)送方當然就是驅動程序了,在示例代碼中,繼續(xù)使用 SIGUSR1 信號來測試。

那么,驅動程序如何才能知道應用程序的PID呢?可以讓應用程序通過oictl函數(shù),把自己的PID主動告訴驅動程序:

驅動程序

這里的示例代碼,是在上一篇文章的基礎上修改的,改動部分的內(nèi)容,使用宏定義 MY_SIGNAL_ENABLE 控制起來,方便查看和比較。

以下所有操作的工作目錄,都是與上一篇文章相同的,即:~/tmp/linux-4.15/drivers/。

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

這里大部分的代碼,在上一篇文章中已經(jīng)描述的比較清楚了,這里把重點關注放在這兩個函數(shù)上:gpio_ioctl 和 send_signal。

(1)函數(shù) gpio_ioctl

當應用程序調(diào)用 ioctl() 的時候,驅動程序中的 gpio_ioctl 就會被調(diào)用。

這里定義一個簡單的協(xié)議:當應用程序調(diào)用參數(shù)中 cmd 為 100 的時候,就表示用來告訴驅動程序自己的 PID。

驅動程序定義了一個全局變量 g_pid,用來保存應用程序傳入的參數(shù)PID。

需要調(diào)用函數(shù) copy_from_user(&g_pid, pArg, sizeof(int)),把用戶空間的參數(shù)復制到內(nèi)核空間中;

成功取得PID之后,就調(diào)用函數(shù) send_signal 向應用程序發(fā)送信號。

這里僅僅是用于演示目的,在實際的項目中,可能會根據(jù)接收到硬件觸發(fā)之后再發(fā)送信號。

(2)函數(shù) send_signal

這個函數(shù)主要做了3件事情:

構造一個信號結構體變量:struct siginfo info;

通過應用程序傳入的 PID,獲取任務信息:pid_task(find_vpid(g_pid), PIDTYPE_PID);

發(fā)送信號:send_sig_info(sig_no, &info, my_task);

驅動模塊 Makefile

$ touch Makefile

內(nèi)容如下:

image.png

編譯驅動模塊

$ make

得到驅動程序: my_driver_signal.ko 。

加載驅動模塊$ sudo insmod my_driver_signal.ko

通過 dmesg 指令來查看驅動模塊的打印信息:

因為示例代碼是在上一篇GPIO的基礎上修改的,因此創(chuàng)建的設備節(jié)點文件,與上篇文章是一樣的:

應用程序代碼示例:接收信號注冊信號處理函數(shù)

應用程序仍然放在 ~/tmp/App/ 目錄下。

$ mkdir ~/tmp/App/app_mysignal

$ cd ~/tmp/App/app_mysignal

$ touch mysignal.c

文件內(nèi)容如下:

image.png

image.png

可以看到,應用程序主要做了兩件事情:

(1)首先通過函數(shù) sigaction() 向操作系統(tǒng)注冊了信號 SIGUSR1 和 SIGUSR2,它倆的信號處理函數(shù)是同一個:signal_handler()。

除了 sigaction 函數(shù),應用程序還可以使用 signal 函數(shù)來注冊信號處理函數(shù);

(2)然后通過 ioctl(fd, 100, &pid); 向驅動程序設置自己的 PID。

編譯應用程序:

$ gcc mysignal.c -o mysignal

執(zhí)行應用程序:

$ sudo ./mysignal

根據(jù)剛才驅動程序的代碼,當驅動程序接收到設置PID的命令之后,會立刻發(fā)送兩個信號:

先來看一下 dmesg 中驅動程序的打印信息:

可以看到:驅動把這兩個信號(10 和 12),發(fā)送給了應用程序(PID=6259)。

應用程序的輸出信息如下:

可以看到:應用程序接收到信號 10 和 12,并且正確打印出信號中攜帶的一些信息!

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯(lián)系舉報。

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