第九课 高级文件 IO 编程. 本章的主要内容 高级文件 IO 概述 Select 模型 Poll 模型 实验.

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1 第九课 高级文件 IO 编程

2 本章的主要内容 高级文件 IO 概述 Select 模型 Poll 模型 实验

3 高级 IO I/O 的方式有很多种，我们之前使用的 IO 方式的特点是： – 单路：只能等待一个 fd 可读或可写 – 阻塞：睡眠直到 fd 可读或可写 – 同步： read 和 write 必须结束才返回？？ 因此有与之对应的： – 多路：同时等待多个 fd 可读或可写 – 非阻塞： fd 不可读或不可写立即返回 – 异步： I/O 没有结束 read 和 write 也可返回

4 非阻塞 I/O 以非阻塞方式打开一个文件，如： fd = open(“love.txt”, O_RDWR | O_NONBLOCK, 0); 也可以用 fcntl 让一个已经打开的文件描述 字变成非阻塞： flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0); fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

5 非阻塞 I/O 对一个非阻塞的 fd 来说，如果它无数据可 读，则 read(fd, …); 返回 -1 ， errno 的值被 置为 EAGAIN ；同样，如果它暂时不可写， write(fd, …); 返回 -1 ， errno=EAGAIN 。 （阻塞式 I/O 在这两种情况下都是等待）。 注意：应当区分无数据可读与文件已经读 到结尾。后者 read 返回 0 ，无论阻塞否。 非阻塞 I/O 经常与多路 I/O 配合使用。

6 多路 I/O 想像一个 fd 集合 fdset ，以及一个函数 fun ， 我们指定：调用 fun(fdset) 进程进入睡眠， 直到 fdset 中至少有一个 fd 可读，此时 fun 返 回并把可读的 fd 保存在 fdset 中。 这样做的好处是，我们可以同时从多个 fd 中等待数据，如果某一个可读我们就从中 读取，否则就睡眠。

7 多路 I/O Unix 下就存在这种的一个 fun ，但它的功能更加强大。 它就是 select （在有的系统下为 poll ， Linux 都支持） 函数原型： #include int select(int maxfdp1, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

8 多路 I/O 函数的声明太复杂。编写一个程序来综合 的演示多路 I/O ，非阻塞 I/O ，以及 FIFO 。

9 I/O 处理的模型  阻塞 I/O 模型：在这种模型下，若所调用的 I/O 函数没有完 成相关的功能，则会使进程挂起，直到相关数据到达才会 返回。如常见对管道设备、终端设备和网络设备进行读写 时经常会出现这种情况。  非阻塞模型：在这种模型下，当请求的 I/O 操作不能完成时， 则不让进程睡眠，而且立即返回。非阻塞 I/O 使用户可以 调用不会阻塞的 I/O 操作，如 open() 、 write() 和 read() 。如 果该操作不能完成，则会立即返回出错（例如：打不开文 件）或者返回 0 （例如：在缓冲区中没有数据可以读取或 者没空间可以写入数据）。 

10 I/O 多路转接模型：在这种模型下，如果请求的 I/O 操作阻塞，且它不是真正阻塞 I/O ，而是让其中的 一个函数等待，在这期间， I/O 还能进行其他操作。 如本节要介绍的 select() 和 poll 函数 () ，就是属于这 种模型。  信号驱动 I/O 模型：在这种模型下，通过安装一个 信号处理程序，系统可以自动捕获特定信号的到 来，从而启动 I/O 。这是由内核通知用户何时可以 启动一个 I/O 操作决定的。  异步 I/O 模型：在这种模型下，当一个描述符已准 备好，可以启动 I/O 时，进程会通知内核。现在， 并不是所有的系统都支持这种模型。

11 select() 和 poll() select() 和 poll() 的 I/O 多路转接模型是处理 I/O 复用的一个高效的方法。它可以具体设 置程序中每一个所关心的文件描述符的条 件、希望等待的时间等，从 select() 和 poll() 函数返回时，内核会通知用户已准备好的 文件描述符的数量、已准备好的条件等。 通过使用 select() 和 poll() 函数的返回结果， 就可以调用相应的 I/O 处理函数了。

12 select() 函数格式（ 1 ）

13 select() 函数格式（ 2 ） 一般来说，在使用 select() 函数之前，首先使用 FD_ZERO() 和 FD_SET() 来初始化文件描述符集，在使用了 select() 函数时，可 循环使用 FD_ISSET() 来测试描述符集，在执行完对相关文件描 述符的操作之后，使用 FD_CLR() 来清除描述符集。

14 poll() 函数格式

15 思考与练习 使用多路复用函数实现 3 个串口的通信：串 口 1 接收数据，串口 2 和串口 3 向串口 1 发送 数据。