《APUE》读书笔记-第十四章高级I/O

1、非阻塞I/O

对低速设备的I/O操作可能会使进程永久阻塞，这类系统调用主要有如下情况：
（1）如果数据并不存在，则读文件可能会使调用者永远阻塞（例如读管道、终端设备和网络设备）。
（2）如果数据不能立即被接受，则写这些同样的文件也会使调用者永远阻塞；
（3）在某些条件发生之前，打开文件会被阻塞（例如以只写方式打开一个FIFO，那么在没有其他进程已用读方式打开该FIFO时）；
（4）对已经加上强制性锁的文件进行读、写；
（5）某些ioctl操作；
（6）某些进程间通信函数；

非阻塞I/O调用open、read和write等I/O操作函数使上述的慢速系统调用在不能立即完成的情况下，立即出错返回。

对一个给定的描述符有两种方法设置其为非阻塞：
（1）如果是调用open以获得该描述符，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打开O_NONBLOCK文件状态标志（注意：设置文件状态标志的方法）。

2、记录锁

　　记录锁的功能是：一个进程正在读或修改文件的某个部分时，可以阻止其他进程修改同一文件区。对于UNIX，实际上，由于内核没有“记录”的概念，因此，“记录锁”实际上是“区域锁”。

fcntl记录锁：int fcntl(int fd, int cmd, ……/* struct flock *flockptr */);对于记录锁，cmd是F_GETLK，f_SETLK,或F_SETLKW。第三个参数是一个指向flock结构的指针：

struct flock {
short l_type; /* F_RDLCK, F_WRLCK, or F_UNLCK */
off_t l_start;
short l_whence;
off_t l_len;
pid_t l_pid;
}

 　　关于加锁和解锁区域需要注意以下几点：该区域可以在当前文件尾端处开始或越过其尾端处开始，但不能在文件起始位置之前或越过该起始位置；若l_len为0，则表示锁的区域从其起点开始，直至最大可能位置为止。

　　两种锁：共享读锁（L_RDLCK）和独占写锁（L_WRLCK）的基本规则是，多个进程在一个给定的字节上可以有一把共享的读锁。但是在一个给定字节上的写锁则只能由一个进程独用。加读锁时，该描述符必须是读打开；加写锁时，该描述符必须是写打开的。

不同类型锁之间的兼容性如下：

	读锁	写锁
无锁	允许	允许
一把或多把读锁	允许	拒绝
一把写锁	拒绝	拒绝

关于记录锁的自动继承和释放有三条规则：

（1）锁与进程、文件两方面有关：第一，当一个进程终止时，它锁建立的锁全部释放；第二，任何时候关闭一个描述符，则该进程通过这一描述符可以访问的文件上的任何一把锁都被释放。

（2）由fork产生的子进程不继承父进程所设置的锁。

（3）在执行exec后，新程序可以继承原执行程序的锁。

3、I/O多路转接

　　其基本思想是：先构造一张有关描述符的表，然后调用一个函数，它要到这些描述符中的一个已准备好进行I/O时才返回。在返回时，它告诉进程哪一个描述符已准备好。select、pselect和poll函数能执行I/O多路转接。函数原型如下：

int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout);返回准备就绪的描述符数，超时则为0，出错为-1

参数timeout指定内核等待的时间，其结构如下：

struct timeval {

long tv_sec; /* seconds */

long tv_usec; /* microseconds */

}

传给select的参数告诉内核：我们所关心的描述符；对于每个描述符我们所关心的条件；希望等待多长时间。

从select返回时，内核告诉我们：已准备好的描述符数量；哪一个描述符已准备好读、写或异常条件。

int pselect (int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set * writeset, fd_set * exceptset, const struct timespec * timeout, const sigset_t *sigmask);

返回：准备好的描述字个数，0－超时，－1－出错。

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

struct pollfd {

int fd; /* file descriptor */

short events; /* requested events */

short revents; /* returned events */

};

关于I/O多路转接将会在Unix网络编程中详细学习，在本章主要是了解这思想。

 4、异步I/O

　　SVR4和4.3+BSD提供了使用一个信号（在SVR4中是SIGPOLL,在4.3+BSD中是SIGIO）的异步I/O方法，该信号通知进程，对某个描述符所关心的某个事件已经发生。异步I/O的一个限制是每个进程只有一个信号。

5、readv和writev函数

头文件：#include
函数原形：     ssize_t readv(int filedes,const struct iovec *iov,int iovcnt);
                　ssize_t writev(int filedes,const struct iovec *iov,int iovcnt);
参数：filedes     文件描述符
         iov         指向iovec结构数组的一个指针。
         iovcnt     数组元素的个数
返回值：若成功则返回已读、写的字节数，若出错则返回-1

struct iovec {

　　void *iov_base; /* 起始地址 */

　　size_t iov_len; /* 需要传输的字节数 */

};

readv () 系统调用从文件描述符  fd  关联的文件里读取数据到  iovcnt  个由  iov  结果描述的缓存区里。(分散读)

writev() 系统调用把 iovcnt 个由 iov 结构描述的缓存区数据写入文件描述符 fd 关联的文件里。(聚合写)