linux-IO模型

一切皆为文件—vsf文件虚拟系统

Linux中的文件IO管理

1.标准流

stdin 0x0

stdout 0x1

stderr 0x2

2.读写函数

    <unistd.h>是C和C++程序设计语言中提供对POSIX操作系统API的访问功能的头文件    

    对于类 Unix 系统，unistd.h 中所定义的接口通常都是大量针对系统调用的封装  

    如 fork、pipe 以及各种 I/O 原语（read、write、close 等等）

ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count)

//如果顺利write()会返回实际写入的字节数

//当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中

ssize_t read (int fd, void *buf, size_t count)

//成功返回读取的字节数，出错返回-1并设置errno

//如果在调read之前已到达文件末尾，则这次read返回0

3.文件流<stdio.h>

struct _IO_FILE {
int _flags; /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */
#define _IO_file_flags _flags
/* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. */
/* Note: Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */
char* _IO_read_ptr; /* Current read pointer */
char* _IO_read_end; /* End of get area. */
char* _IO_read_base;    /* Start of putback+get area. */
char* _IO_write_base;   /* Start of put area. */
char* _IO_write_ptr;    /* Current put pointer. */
char* _IO_write_end;    /* End of put area. */
char* _IO_buf_base; /* Start of reserve area. */
char* _IO_buf_end;  /* End of reserve area. */
/* The following fields are used to support backing up and undo. */
char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */
char *_IO_backup_base; /* Pointer to first valid character of backup area */
char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */
struct _IO_marker *_markers;
struct _IO_FILE *_chain;
int _fileno;
int _blksize;
_IO_off_t _old_offset; /* This used to be _offset but it's too small. */
#define __HAVE_COLUMN /* temporary */
/* 1+column number of pbase(); 0 is unknown. */
unsigned short _cur_column;
signed char _vtable_offset;
char _shortbuf[1];
/* char* _save_gptr; char* _save_egptr; */
_IO_lock_t *_lock;
#ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE
};

FILE * fopen(const char * path, const char * mode)

//文件顺利打开后，指向该流的文件指针就会被返回

//如果文件打开失败则返回 NULL，并把错误代码存在error中

fread()/fwrite()不能读/写设备文件(只能操作常规文件)

4.缓冲区类型

1. 全缓冲区(默认开启)

   _IOFBF

   BUFSIZE—4K

2. 行缓冲区—以\n为截至(stdin/stdout)

   _IOLBF

   BUFSIZE—1024

3. 无缓冲区(stderr)

   _IONBF

fflussh()

自定义缓冲区

void setbuf(FILE *stream, char *buf);

    //buf参数必须指向一个长度为BUFSIZE的缓冲区  

void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size_t size);

    // 

void setlinebuf(FILE *stream);  

5.IO权限

FILE *fopen(const char *path, const char *mode)

r 

r+ rb+

w

w+ 

a

a+  

6.文件流定位

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

        SEEK_SET  文件开始的位置

        SEEK_CUR  

        SEEK_END   文件结束的位置



long ftell(FILE *stream);  文件读写指针位置距离文件开始的字节数

void rewind(FILE *stream);  文件读写指针复位  

---

IO分类

1.等待资源阶段（排队）

IO请求一般需要请求特殊的资源，当资源没有被上一个使用者释放时，IO请求就会被阻塞，直到能够使用这个资源

在等待数据阶段，IO分为阻塞与非阻塞

阻塞IO

资源不可用时，IO请求一直阻塞，直到反馈结果（有数据或者超时）

非阻塞IO

资源不可用时，IO请求离开返回，返回数据标识资源不可用

非阻塞IO（异步回调）

资源不可用时，IO请求离开返回，返回数据标识资源不可用

使用注册回调机制，当资源可用时由资源主动向资源请求方发出通知信号（表明资源可用）

2.使用资源阶段（服务）

真正进行数据接收和发送

在使用资源阶段，IO分为同步异步

同步IO

应用阻塞在发送或者接收数据的状态，直到数据成功传输或者返回错误

异步IO

应用发送或接收数据后立刻返回，数据写入OS缓存，由OS完成数据发送或接收，并返回信息给应用

    同步IO和异步IO的区别就在于：数据拷贝的时候进程是否阻塞！

    阻塞IO和非阻塞IO的区别就在于：应用程序的调用是否立即返回！

五种IO模型

阻塞式IO(blocking IO)

非阻塞式IO(nonblocking IO)

IO复用(IO multiplexing)

复用方式

select  ----> fd---> fd_set --- 轮训

poll    ----> fd---> pollfd

epoll   ----> fd---> event

1.select

将fd装入fd_set集合中，将IO阻塞转换成select阻塞，select进行轮询查看集合中有没有可读写的fd，如果有的话进行返回，处理IO操作

select 

    syscall_select 

        do_select 

            for (;;)

                if (retval || !*timeout || signal_pending(current))  

• 重点： 每次重新发起select时，需要对fd_set重新添加

• 重点： 将放入到select中的句柄都设置为非阻塞状态

select使用流程

1.创建fd_set  

struct fd_set rfds;  

2.设置fd_set  

初始化    FD_ZERO(&rfds);

加入句柄  FD_SET(fd, &rfds);

移除句柄  FD_CLR(int fd, fd_set *set);  

3.使用fd_set  

int select(int nfds, fd_set *readfds,fd_set *writefds,

              fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);



int nfds------------------文件集合中最大的fd+1

struct timeval *timeout---select超时的时间



struct timeval {

   long    tv_sec;         /* seconds */

   long    tv_usec;        /* microseconds */

 };



4.判断由哪个fd引起的返回  

int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);  

2.poll

信号驱动(signal-driven IO)

异步IO(asynchronous I/O)