【网络编程】基础IO模型

最新推荐文章于 2025-04-03 16:29:18 发布

WeeJot

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分类专栏：网络文章标签：网络 c语言

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基础IO模型

场景假设

假设妈妈有一个孩子，孩子在房间里睡觉，妈妈需要及时获知孩子是否醒了，如何做？

时不时进房间看一下：简单，空闲时间还能干点别的，但是很累
进到房间陪着孩子一起睡觉，孩子醒了会吵醒妈妈：不累，但是不能干别的了
妈妈在客厅干活，小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈：互不耽误

阻塞型模型

当程序调用某些接口时，如果期望的动作无法触发，那么进程会进入阻塞态（等待状态，让出CPU的调度），当期望动作可以被触发了，那么会被唤醒，然后处理事务。
阻塞I/O模式是最普遍使用的I/O模式，大部分程序使用的都是阻塞模式的I/O 。
前面学习的很多读写函数在调用过程中会发生阻塞。

读操作中的：read、recv、recvfrom、gets、scanf、fgets、getchar
写操作中的：write、send
其他操作：accept、connect

实例：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
      
      
    char buf[64] = {
      
      0};
    
    while (1)
    {
      
      
        gets(buf);   //进程进入等待状态，发生CPU调度
        printf("stdin -- %s\n", buf);
    }
    
    return 0;
}

程序运行后使用top命令查看当前进程的资源占用（CPU）非常小，进入了阻塞状态。所以大多数的系统接口都优先设计成阻塞型，以便能随时释放CPU资源。

非阻塞型模型

当一个应用程序使用了非阻塞模式的套接字，它需要使用一个循环来不停地测试是否一个文件描述符有数据可读（称做轮询）。
应用程序不停的轮询内核来检查是否I/O操作已经就绪。这将是一个极浪费CPU 资源的操作。

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ...);

功能：
   获取/改变文件属性(linux中一切皆文件)
参数：
	fd：文件描述符
	cmd：设置的命令
		F_GETFL  //获取文件的属性
		F_SETFL  //设置文件的属性
	第三个参数：由第二个参数决定，set时候需要设置的值，get时候填0

返回值：
	文件状态标志(文件的属性)  
	-1 :失败

典型代码

int flag;//文件状态的标志 
flag = fcntl(fd, F_GETFL); //读 
flag |= O_NONBLOCK;//改  O_NONBLOCK = 0x00004000
fcntl(fd, F_SETFL, flag);//写

结论：非阻塞非常占用CPU，不到万不得已，不要用这种属性。

异步IO模型（非重点）

通过信号方式，当内核检测到设备数据后，会主动给应用发送信号SIGIO。
应用程序收到信号后做异步处理即可。
应用程序需要把自己的进程号告诉内核，并打开异步通知机制。

标准模板

//将APP进程号告诉内核
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

//使能异步通知
int flag;
flag = fcntl(fd, F_GETFL);
flag |= O_ASYNC;  //也可以用FASYNC标志
fcntl(fd, F_SETFL, flag);

//异步通知
signal(SIGIO, handler);

示例：用异步IO的方式监听鼠标的数据（普通用户读取鼠标需要增加root权限）

用这个命令可以查看鼠标的原始数据
sudo hexdump /dev/input/mouse0

用阻塞模读取鼠标数据

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
      
      
    char buf[64] = {
      
      0};
    int len;

    //打开鼠标设备
    int fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
      
      
        perror("open err");
        return -1;
    }

    while (1)
    {
      
      
        //阻塞型
        len = read(fd, buf, 64);
        if(len < 0)
        {
      
      
            perror("read err");
            return -1;            
        }
        else
        {
      
      
            printf("len = %d\n", len);
        }
    }
    
    return 0;
}

用异步IO模型来读取鼠标数据

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>

static int fd;

void handler(int signum)
{
      
      
    char buf[64] = {
      
      0};
    int len;

    //如果一旦这个方法被调用，也就意味着SIGIO信号被发出了
    //代表当前设备有数据
    len = read(fd, buf, 64);
    if(len < 0)
    {
      
      
        perror("read err");
    }
    else
    {
      
      
        printf("len = %d\n", len);
    }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
      
      
    //打开鼠标设备
    fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
      
      
        perror("open err");
        return -1;
    }

//以下代码是改成异步IO模式
#if 1
    //将APP进程号告诉内核
    fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

    //使能异步通知
    int flag;
    flag = fcntl(fd, F_GETFL);
    flag |= O_ASYNC;  //也可以用FASYNC标志
    fcntl(fd, F_SETFL, flag);

    //异步通知
    signal(SIGIO, handler);
#endif
    while (1)
    {
      
      
        //可以做一些别的事情
        printf("喝茶\n");
        sleep(3);
    }
    
    return 0;
}