apue 第十四章 高级IO

高级I/O

非阻塞I/O

低速系统调用：可能使得进程永远阻塞的一类系统调用

• 读写管道、网络、终端
• 在某些必要条件未发生之前，打开某些文件
• 对已经上了锁的文件读写
• 某些ioctl操作
• 某些通信函数

读写磁盘文件虽然可能会短时间的阻塞，但也不是低速系统调用

非阻塞I/O可以通过两种方式获得

• 在调用open的时候使用O_NONBLOCK标志
• 可以使用fcntl函数进行设置

不同的设备的阻塞程度不一样

• 我的wmware在书上实验中没产生阻塞返回
• 而在secure CRT中基本上6000字节左右返回一下

书上的实验方式被称作轮询，占用CPU资源较大

• 可以用多线程代替：但是同步又复杂而且还有同步的开销（上🔒）
• 可以采用非阻塞的I/O多路转接

字节范围锁（record locking）

与读写锁的区别

• 锁的粒度更细了
• 读写锁是作用于线程之间的同步
• 字节范围锁是针对于进程之间的同步
• 字节范围锁是在获得文件描述符的一个属性：fcntl函数
• 字节范围锁如果没法获得可以选择 获得失败或则阻塞等待两种状态。

一些实现细节

• 如果进程以已经拥有一把相同位置的锁，如果继续申请相同的位置就会覆盖原来的锁
• 锁的区域可以进行裂开或则合并
• 利用F_GETLK不会报告自己进程拥有的锁，只会报告其它进程的锁
• 系统检测出来一个死锁之后一般都是子进程返回错误

锁的隐含释放和继承

• 一个进程释放的时候，其所建立的锁全部被释放
• 任何时候关闭一个描述符，这进程通过这一个描述符所引用的文件上面的任何一把锁（与该文件、该进程相关的）都会关闭
• 子进程不会继承父进程的锁

I/O多路转接

为啥需要多路转接？

• 我们假想有一个这样的进程，有多个描述符，而且这些通过这些描述符进行数据交流。

• 如果此时利用一个阻塞IO进行读写，而能就永远阻塞在一个描述符上面了

• 可以利用多个进程分别负责这几个描述符，但是程序很变得更加的复杂

• 可以来利用一个进程多个线程，但是增加同步性的，增加程序的复杂性

• 也可利用非阻塞io以轮询进行每个描述符的读写，这样CPU受不了

• 可以使用异步io，但是也有问题：1.并非所有的系统都支持2.我们发送的信号只有有一个，对多个描述符进行异步io，那接收到信号，我们去还是得每个描述符以非阻塞的方式去查询一下。

  • 异步io用于终端和网络，select用于所有的描述符

什么是多路转接技术

• 先构造一张有关描述符的列表，然后去调用一个函数，直到有一个描述符中的一个已经准备好进行io了，函数返回我们想要知道的那个描述符

select 和pselect

• select需要传入的参数和返回

  • 我们关心的描述符：三个fd_set结构（读、写和异常）

  • 我们愿意等待的时间：一个timeval结构

    • 时间设置为null:那么将永久等待（注意这儿等待是全部我们想知道的描述符等待，而不是单独的一个描述符）。直到捕捉到一个信号或者一个描述符准备好了返回
    • 时间设置为0：那么相当于轮询
    • 时间按设置为一个值：返回有三种可能，信号（-1），描述符准备好了（准备好的数量），时间过了 （0）

  • 返回哪些描述符是已经准备好了的

    • 返回-1（信号）：不修改其中任何一个描述符集
    • 返回0（时间过来）：所有的描述符集清零
    • 返回已经准备好的总描述符数：描述符集只留下准好好的描述符的对应位

• pselect的不同

  • 时间结构更细了，用的timespec结构
  • pselect的超时值被设置为const，不能够被修改。而select是要被修改的
  • 增加了一个信号屏蔽功能，可以在等待期间屏蔽一些信号，在返回的之前恢复信号。

poll

• 和select一样的功能，但是接口不太一样
• 传入的是一个pollfd数组，里面有pollfd有fd,events（读，写还是出错）,revents等东西，以代表一个fd的情况
• 这儿与select不一样，当一个fd准备好了，不变events，而变的是revents。
• select、poll这些在Linux系统当中都是不会自动重启的

readv和writev

也被称作散步读和聚集写

writev将从缓冲区散乱的数据，聚集写在一个文件中

readv将从读入的数据的数据，散乱的读在一个缓冲区的各个地方

有两种方法可以代替我们的散布读和聚集写：1.多次调用read和write 2.用write 的时候，先用一个大的缓冲区把散布的缓冲区聚集起来，一次调用write

但是我们写程序的时候最好用较少的系统调用来完成任务。(推介用readv和writev)

存储映射IO

使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区进行映射，但从缓冲区中取数据就是在文件中取数据

这个功能由mmap函数实现，其中函数中最重要就是两个参数：prot和flag参数

• prot说明了映射区域被保护的要求：可读、可写、可执行等等。但是不能够超过打开文件open模式的访问权限
• flag参数：控制在缓冲区的头地址、控制是否是存储操作是否改变文件的内容（shared）或则改变一个副本而已。

如果内存页已经被修改了，如何存储到我们的文件中去呢？

• 利用我们的msync函数，相当于fsync函数（安全的，稳定的）
• 或者等待着该页被调度就被写进我们的文件中去了

映射的关系什么被解除？

• 进程终止，或者munmap函数之后映射被解除，munmap并不会将当前修改的页写进我们文件中
• 关闭文件描述符并不会解除映射区