基础文章2：APUE chap14 高级I/O

0.序

本文是在学习Nginx中ngx_process_events_and_timers函数中牵涉到的内容。主要学习了

14.2 非阻塞I/O 14.3 记录锁 14.7readv和writev函数

其中记录锁用于Nginx中的accept互斥体。

14.1引言

14.2 非阻塞I/O

     大学宿舍，同学A住在宿舍617室，有外校的同学B提前告诉同学A要来访问同学A，但是没有告知同学A时间，同时同学A也没有告知同学B其宿舍号。那么同学A为了能够接到同学B，那么其有几种方式可以选择：1）一直在宿舍大门处等待同学B 2）每隔一段时间，来查看同学B是否到来，没有到来，那么同学A返回宿舍，做其他事情 3）当同学B到来时，由宿管阿姨带领同学B逐个房间去查找同学A 4)当同学B到来时，宿管告知同学B 关于同学A的一些信息，由同学B自己去找同学A。

     在这个例子中同学A就是进程，同学B就是要处理的事件。选择1）为阻塞； 选择2）为非阻塞 ；选择3）为select/poll类型；选择4）为epoll类型

     

     非阻塞I/O：我们可以调用open、read、write这样的I/O操作，并且使这些操作永远不会阻塞。当一个fd设置为非阻塞时，那么进程对这个fd发一个I/O操作，如果有数据就进行处理；如果没有数据就立即出错返回。

/*chap14 14-1 长的非阻塞write p357 filename： chap14_1.c*/ #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> void set_fl(int fd,int flags) {    int val;    if( (val = fcntl(fd,F_GETFL,0)) < 0)            printf("fcntl error\n");    val |= flags;    if(fcntl(fd,F_SETFL,val) < 0)            printf("fcntl error\n"); }  void clr_fl(int fd,int flags) {    int val;    if( (val = fcntl(fd,F_GETFL,0)) < 0)            printf("fcntl error\n");    val &= ~flags;    if(fcntl(fd,F_SETFL,val) < 0)            printf("fcntl error\n"); } char buf[50]; int main(void) {    int ntowrite,nwrite;    char *ptr;    ntowrite = read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));    printf("read %d bytes\n",ntowrite);    /*set non-block*/   // fcntl(STDIN_FILENO,F_SETFL,(fcntl(STDIN_FILENO,F_GETFL,0) |= O_NONBLOCK));    set_fl(STDOUT_FILENO,O_NONBLOCK);    ptr = buf;    while(ntowrite > 0){       nwrite = write(STDOUT_FILENO,ptr,ntowrite);       printf("write %d \n",nwrite);       if(nwrite > 0){           ptr += nwrite;           ntowrite -= nwrite;       }    }/*while*/    clr_fl(STDOUT_FILENO,O_NONBLOCK);    exit(0); }

运行没有得到书上的结果

14.3 记录锁

     记录锁，确切的叫字节范围锁，用于锁定文件中的某一个区域。其作用是：当一个进程正在读或者修改某个文件的某个部分时，可以阻止其他进程修改这个部分。

     记录锁的功能：当一个进程在读或者修改文件的某个部分时，记录锁可以阻止其他进程修改同一文件区。

     记录这个词是一种误用，因为UNIX系统内核根本没有使用文件记录这种概念。更适合的术语是字节范围锁（byte-range locking），因为它锁定的只是文件中的一个区域（也可能是整个文件）。

     1.历史

     2.fcntl记录锁

          

#include <fcntl.h> int fcntl(int fileds,int cmd,...../*struct flock *flockptr*/);

参数: 对于记录锁，参数cmd是F_SETLK,F_SETLKW,F_GETLK，分别是设置、清除、检查记录锁。 对于记录锁，第三个参数是一个结构体：  struct flock {                ...                short l_type;    /* Type of lock: F_RDLCK,  F_WRLCK, F_UNLCK */                short l_whence;  /* How to interpret l_start: SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */                off_t l_start;   /* Starting offset for lock */                off_t l_len;     /* Number of bytes to lock */                pid_t l_pid;     /* PID of process blocking our lock(F_GETLK only) */                ...            }; 成员变量 l_whence,  l_start,  and l_len指定了我们希望加锁的特定字节范围。 为了锁整个文件，我们设置l_start和l_where，使锁的起点在文件起始处，并且说明长度l_len为0.即l_start指定为0，l_whence指定为SEEK_SET。

举例： ngx_err_t ngx_trylock_fd(ngx_fd_t fd) {     struct flock  fl;     ngx_memzero(&fl, sizeof(struct flock));     fl.l_type = F_WRLCK;     fl.l_whence = SEEK_SET;     if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl) == -1) {         return ngx_errno;     }     return 0; }

  死锁：

     如果两个进程相互等待对方持有并且锁定的资源时，则这两个进程就处于死锁状态。如果一个进程已经控制了文件中的一个加锁区域，然后它又试图对另一个进程控制的区域加锁，则他就会休眠，这种情况下，有发生死锁的可能性。

3.锁的隐含继承和释放

     关于记录锁的自动继承和释放有三条规则

     1）锁与进程和文件两方面有关。有两重含义：

          1.当一个进程终止时，它所建立的锁全部释放；

          2.任何时候关闭一个描述符时，则该进程通过这一描述符可以引用的文件上的一把锁都被释放（这些锁都是该进程设置的）。这就意味着如果执行下列四步：则在关闭fd2后，在fd1上设置的锁被释放。多个fd指向同一个文件时，关闭其中一个fd，那么该文件上的所有锁都会被释放。

fd1 = open(pathname,....) read_lock(fd1,...); fd2 = dup(fd1); //fd2=open(pathname,.....) close(fd2);

     2）由fork产生的子进程不继承父进程所设置的锁。动动小脑想想也是，人家记录锁就是为了防止多个进程访问同一个文件区，你父进程上锁了，子进程又上锁，那岂不是父子进程都能访问了。

     3）在执行exec后，新程序可以继承原执行程序的锁。但是注意，如果对一个文件描述符设置了close-on-exec标识，那么当作为exec的一部分关闭该文件描述符时，对相应文件的所有锁都被释放了。

4.FreeBSD的实现

5.在文件尾端加锁

6.建议性锁和强制性锁

14.4 STREAMS 系统V流机制

14.5I/O复用

14.6异步I/O

14.7readv和writev函数

   

结构体struct iovec{                       void * iov_base；                       size_t iov_len;                }

 writev 与readv

函数原型  #include <sys/uio.h>        ssize_t readv(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);        ssize_t writev(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt); 作用：在多个buffer中读取或写入 返回值：传输字节数，出错时返回-1

描述：　将多个数据存储在一起，将驻留在两个或更多的不连接的缓冲区中的数据一次写出去。              使用writev，可以指定一系列的缓冲区，收集要写的数据，使可以安排数据保存在多个缓冲区中，然后同时写出去，从而避免出现Nagle和延迟ACK算法的相互影响。

示例： #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/uio.h> int main(void) {   struct iovec iov[3];   int len;   char * buf1 = "123";   char * buf2 = "456";   char * buf3 = "7890"; len = 0;   iov[0].iov_base = buf1;   iov[0].iov_len = strlen(buf1);   iov[1].iov_base = buf2;   iov[1].iov_len = strlen(buf2); iov[2].iov_base = buf3;   iov[2].iov_len = strlen(buf3);    len = len + iov[0].iov_len + iov[1].iov_len + iov[2].iov_len;   if( (writev(STDOUT_FILENO,iov,3)) == -1){       printf("writev error\n");   }   return 0; }

/*测试用例2：这个测试用例是APUE chap17.5 open服务器版本1中关于writev的部分 */ #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/uio.h> #define CL_OPEN "open" int main(void) {   char * buf2 ="456";   char * buf3 ="789";   struct iovec iov[3];   iov[0].iov_base = CL_OPEN " ";   iov[0].iov_len = strlen(CL_OPEN) + 1 ;   iov[1].iov_base = buf2;   iov[1].iov_len = strlen(buf2); iov[2].iov_base = buf3;   iov[2].iov_len = strlen(buf3);     if( (writev(STDOUT_FILENO,iov,3)) == -1){       printf("writev error\n");   }   return 0; }

运行结果： open 456789

如果将 iov[0].iov_base = CL_OPEN " "; 变为  iov[0].iov_base = CL_OPEN; 则运行结果为 open456789

14.8 readn 和writen函数

14.9 存储映射I/O

     存储映射I/O（memory-mapped I/O）：使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射。当从缓冲区取数据，就相当于读文件中的相应字节；当向缓冲区写数据，则相应字节就自动写入文件。这样就可以在不使用read和write的情况下执行I/O。