Unix环境高级编程笔记：12、高级IO-优快云博客

本文详细介绍了非阻塞IO的概念及其应用，包括如何使用open和fcntl实现非阻塞模式，以及如何利用select和poll进行IO多路转接，有效管理多个文件描述符的读写操作。

1、非阻塞IO

系统调用分成“低速”系统调用和其他系统调用。低速系统调用是可能会使进程永远阻塞的一类系统调用

1）如果某些文件类型(管道、终端设备、网络设备）的数据不存在，则读操作可能会使调用者永远阻塞

2)如果数据不能立即被上述同样类型的文件接受，则写操作也会使调用者永远阻塞。

3)在某种条件发生之前，打开某些类型的文件会被阻塞

4）对已经加上强制性记录锁的文件进行读、写

5)某些进程间通信函数

非阻塞IO使我们可以调用open read write这样的IO操作，并使这些操作不会永远阻塞。

给定的描述符指定非阻塞IO

1）如果调用open获得描述符，则可指定O_NONBLOCK 标志

2）对于已经打开的描述符，可调用fcntl

2、IO多路转接

IO多路转接（IO multiplexing），先构造一张有关描述符的列表，然后调用一个函数，直到这些描述符中的一个已准备好进行IO时，该

函数才返回。在返回时，它告诉进程哪些描述符已准备好可以进行IO

select 和 pselect

传向select的参数告诉内核：

1）select 函数使我们可以执行IO多路转接，传向select的参数告诉内核：

我们所关心的描述符

2）对于每个描述符我们所关心的状态(是否读一个给定的描述符？是否想写一个给定的描述符？是否关心一个描述符的异常状态)

3）愿意等待多长时间

select返回时，内核告诉我们：

1）已准备好的描述符的数量

2）对于读、写、异常这三个状态中的每一个，哪些描述符已经准备好。

/* According to POSIX.1-2001 */

#include <sys/select.h>

/* According to earlier standards */

#include <sys/time.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

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

fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);

int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

void FD_SET(int fd, fd_set *set);

void FD_ZERO(fd_set *set);

#include <sys/select.h>

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

fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout,

const sigset_t *sigmask);

poll

#include <poll.h>

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

#define _GNU_SOURCE

#include <poll.h>

int ppoll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds,

const struct timespec *timeout, const sigset_t *sigmask);

3、readn和writen

管道、FIFO以及某些设备，特别是终端、网络和STREAMS设备有下列二种性质：

1）一次read操作所返回的数据可能少于所要求的数据，即使还没达到文件尾端也可能是这样。这不是一个错误，应该继续读该设备。

2）一次write操作的返回值也可能少于指定输出的字节数

通常当读、写一个管道、网络设备或终端时，我们需要考虑这些特性。

readn和writen的功能是读、写指定的N字节数据，并处理返回值小于要求值的情况。

ssize_t /* Read "n" bytes from a descriptor. */
readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
size_t nleft;
ssize_t nread;
char *ptr;

ptr = vptr;
nleft = n;
while (nleft > 0) {
if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0) {
   if (errno == EINTR)
    nread = 0; /* and call read() again */
   else
    return(-1);
} else if (nread == 0)
   break;    /* EOF */

nleft -= nread;
ptr += nread;
}
return(n - nleft); /* return >= 0 */
}

ssize_t /* Write "n" bytes to a descriptor. */
writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
size_t nleft;
ssize_t nwritten;
const char *ptr;

ptr = vptr;
nleft = n;
while (nleft > 0) {
if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0) {
   if (nwritten < 0 && errno == EINTR)
    nwritten = 0; /* and call write() again */
   else
    return(-1);   /* error */
}

nleft -= nwritten;
ptr += nwritten;
}
return(n);
}