(APUE点滴记录) 高级I/O之非阻塞I/O

2013-03-30 wcdj

低速系统调用是可能会使进程永远阻塞的一类系统调用，而非阻塞I/O使调用open, read和write这样的I/O操作，并使这些操作不会永远阻塞，如果这种操作不能完成，则调用立即出错返回，表示该操作若继续执行将阻塞。

对于一个给定的描述符有2种方法对其指定为非阻塞I/O：
(1) 如果调用open获得描述符，则可指定O_NONBLOCK标志；
(2) 对于已经打开的一个描述符，则可调用fcntl，由该函数打开O_NONBLOCK文件状态标志；

测试用例：
从STDIN_FILENO标准输入读500K的buffer，设置STDOUT_FILENO为非阻塞I/O，然后将buffer写到标准输出上。
测试1：输出到普通文件
nonblock_write < buffer.txt > out.txt
测试2：输出到终端，并将标准错误信息输出到stderr.out文件
nonblock_write < buffer.txt 2>stderr.out
此时，write有时返回小于500k的一个数字，有时返回出错，errno显示系统调用返回的错误，EAGAIN在Linux上是11，在Max OS X上是35。通过统计，程序发出了数千个write调用，但是只有几百个是真正输出数据的，其余的则出错返回，这种形式的循环称为“轮询”，在多用户系统上它浪费了CPU时间。（对此问题的解决方法是：使用I/O多路转接select和poll函数，以节省CPU的时间）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>

// test buffer is 500M
char buf[500000000];

// flags are file status flags to turn on
void
set_fl(int fd, int flags)
{
	int val;

	if ((val = fcntl(fd, F_GETFL, 0)) < 0)
	{
		printf("fcntl F_GETFL error\n");
		exit(1);
	}

	// turn on flags
	val |= flags;

	if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0)
	{
		printf("fcntl F_SETFL error\n");
		exit(1);
	}
}

// flags are file status flags to turn off
void
clr_fl(int fd, int flags)
{
	int val;

	if ((val = fcntl(fd, F_GETFL, 0)) < 0)
	{
		printf("fcntl F_GETFL error\n");
		exit(1);
	}

	// turn off flags
	val &= ~flags;

	if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0)
	{
		printf("fcntl F_SETFL error\n");
		exit(1);
	}
}

int 
main(int argv, char **argc)
{
	int ntowrite, nwrite;
	char *ptr;

	ntowrite = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
	fprintf(stderr, "read %d bytes\n", ntowrite);

	// set nonblocking
	set_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK);


	// time beg
	time_t beg = time(NULL);

	ptr = buf;
	while (ntowrite > 0)
	{
		errno = 0;

		// it will not block here!
		nwrite = write(STDOUT_FILENO, ptr, ntowrite);
		fprintf(stderr, "nwrite = %d, errno = %d\n", nwrite, errno);

		if (nwrite > 0)
		{
			ptr += nwrite;
			ntowrite -= nwrite;
		}
	}

	// time end 
	time_t end = time(NULL);
	fprintf(stderr, "used time: %lds\n", end - beg);

	// clear nonblocking
	clr_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK);

	return 0;
}