字符设备准备好了数据，应用又不想一直阻塞在 read() 上，可以让驱动主动发一条通知吗？fasync 与 SIGIO 就是 Linux 提供的一条老而直接的路径。它传递的是“文件描述符状态可能变化了”，不是数据本身。应用收到信号后，仍要回到正常的 read() 或 write() 路径确认状态。

这种方式适合低频、简单的设备事件，例如按键、少量传感器数据或实验性字符驱动。连接多、事件密集或需要精确排队时，poll/epoll、eventfd 或专用消息队列通常更容易控制。

订阅是怎样建立的

用户空间先用 F_SETOWN 指定由谁接收 I/O 信号，再通过 F_SETFL 打开 O_ASYNC。VFS 随后调用驱动 file_operations.fasync 回调。驱动一般把工作交给 fasync_helper()，由它维护与该文件关联的 struct fasync_struct 订阅链。

应用设置 F_SETOWN→启用 O_ASYNC→VFS 调用驱动 fasync→设备产生事件→kill_fasync 发送 SIGIO→应用重新读取到 EAGAIN
F_SETOWN指定接收 SIGIO 的进程或进程组O_ASYNC打开或关闭当前文件描述符的异步通知fasync_helper把打开的 file 加入或移出驱动订阅链kill_fasync事件到来时向订阅者发送指定信号与 band信号处理器只做最小通知，不能承担完整 I/O 处理read/poll真正确认数据是否存在，并处理竞争与批量消费

驱动侧的骨架并不长，难点在对象生命周期和并发：

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static struct fasync_struct *async_queue;

static int demo_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
    return fasync_helper(fd, filp, on, &async_queue);
}

static int demo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    demo_fasync(-1, filp, 0);
    return 0;
}

static irqreturn_t demo_irq(int irq, void *data)
{
    /* 先更新受锁保护的设备状态，再通知用户空间。 */
    kill_fasync(&async_queue, SIGIO, POLL_IN);
    return IRQ_HANDLED;
}

关闭文件时必须把订阅者移出队列。设备解绑、错误恢复和模块卸载也要先阻止新事件，再同步仍在运行的中断或工作项，最后释放队列依赖的对象。否则 kill_fasync() 可能碰到已经失效的状态。

用户空间不要在信号里读完所有数据

信号处理函数只能调用异步信号安全函数。更稳妥的做法是让处理器只设置 sig_atomic_t 标志，或向 self-pipe 写一个字节，再在主循环里读取设备直到 EAGAIN。

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static volatile sig_atomic_t io_ready;

static void on_sigio(int signo)
{
    io_ready = 1;
}

/* 初始化时安装 sigaction，设置 F_SETOWN，再打开 O_NONBLOCK | O_ASYNC。 */
if (io_ready) {
    io_ready = 0;
    while (read(fd, buf, sizeof(buf)) > 0)
        consume(buf);
}

标准信号通常不会为每次设备事件各保存一个排队实例。两个事件在应用处理前连续到来，可能只观察到一次 SIGIO。所以正确语义应是“有工作可做”，收到通知后把当前可读数据排空，而不是把信号次数当成事件数。

容易踩的坑

  • 先发信号、后写入设备缓冲区，应用醒来却读不到数据。
  • 在处理器里调用 printf、分配内存或取得普通互斥锁。
  • 把 SIGIO 次数当作无损计数，忽略信号合并。
  • 只实现 fasync，却没有让 read()、poll() 和非阻塞语义保持一致。
  • 多个打开者共享一条设备队列，却没有明确每个文件实例是否都应收到通知。

证据边界

本文描述字符设备常见实现，不保证每种文件类型都支持 O_ASYNC。信号投递时机、所有者语义和可用 band 还受具体驱动与内核版本影响。要验证“没有丢数据”，应给设备事件编号并比较生产与消费序列，不能只统计收到多少次 SIGIO。

参考：fcntl(2) · signal-safety(7) · Linux Driver Basics · 吃透内核 fasync 机制，弄懂信号驱动异步通知