select,poll,epoll阻塞IO使用示例介绍

epoll

打开设备文件或套接字，并确保设备或套接字处于可读或可写状态。

创建一个 epoll 实例，使用 epoll_create 函数创建一个 epoll 文件描述符。

将设备文件或套接字的文件描述符添加到 epoll 实例中，使用 epoll_ctl 函数将设备文件或套接字的文件描述符添加到 epoll 实例中，并设置需要监听的事件类型，如 EPOLLIN（可读事件）或 EPOLLOUT（可写事件）。

使用 epoll_wait 函数进行监听，传入 epoll 文件描述符和事件数组。epoll_wait 函数会阻塞，直到有事件发生或超时。

检查事件数组，判断哪些文件描述符有事件发生。

根据事件类型进行相应的处理，如读取设备内容或写入设备数据。

以下是一个示例代码，演示了如何使用 epoll 监听设备：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAX_EVENTS 1

int main() {
    int fd;
    int epoll_fd;
    struct epoll_event event;
    struct epoll_event events[MAX_EVENTS];
    char buffer[1024];
    
    // 打开设备文件或套接字
    fd = open("/dev/device", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("Failed to open device");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 创建 epoll 实例
    epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd == -1) {
        perror("Failed to create epoll instance");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 添加设备文件或套接字的文件描述符到 epoll 实例中
    event.events = EPOLLIN;
    event.data.fd = fd;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event) == -1) {
        perror("Failed to add file descriptor to epoll instance");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    while (1) {
        // 监听设备文件或套接字
        int ret = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (ret == -1) {
            perror("Failed to wait for events");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        
        if (ret > 0) {
            // 检查设备文件或套接字是否有事件发生
            if (events[0].events & EPOLLIN) {
                // 读取设备内容
                ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
                if (bytesRead == -1) {
                    perror("Failed to read device");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
                
                // 处理设备内容
                printf("Read %zd bytes from device: %s\n", bytesRead, buffer);
            }
        }
    }
    
    // 关闭设备文件或套接字
    close(fd);
    
    return 0;
}

在上述代码中，首先打开设备文件或套接字，并确保设备或套接字处于可读或可写状态。然后，创建一个 epoll 实例，使用 epoll_create1 函数创建一个 epoll 文件描述符。接下来，使用 epoll_ctl 函数将设备文件或套接字的文件描述符添加到 epoll 实例中，并设置需要监听的事件类型。最后，使用 epoll_wait 函数进行监听，传入 epoll 文件描述符和事件数组。在事件发生时，根据事件类型进行相应的处理。

需要注意的是，上述代码中的 “/dev/device” 是一个示例设备文件路径，实际使用时需要根据实际情况修改为正确的设备文件路径。此外，epoll 监听的事件类型可以根据实际需求进行设置，如可读事件（EPOLLIN）或可写事件（EPOLLOUT）。

poll

打开设备文件或套接字，并确保设备或套接字处于可读或可写状态。

创建一个 pollfd 结构体数组，用于存储需要轮询的文件描述符和事件。

将设备文件或套接字的文件描述符和需要监听的事件（如 POLLIN）添加到 pollfd 结构体数组中。

使用 poll 函数进行轮询，传入 pollfd 结构体数组和数组的大小。

检查 poll 函数的返回值，如果返回值大于 0，表示有事件发生。

遍历 pollfd 结构体数组，检查 revents 字段，判断哪些文件描述符有事件发生。

根据事件类型进行相应的处理，如读取设备内容或写入设备数据。

以下是一个示例代码，演示了如何使用 poll 监听设备：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAX_EVENTS 1

int main() {
    int fd;
    struct pollfd fds[MAX_EVENTS];
    char buffer[1024];
    
    // 打开设备文件或套接字
    fd = open("/dev/device", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("Failed to open device");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 设置需要监听的事件
    fds[0].fd = fd;
    fds[0].events = POLLIN;
    
    while (1) {
        // 轮询设备文件或套接字
        int ret = poll(fds, MAX_EVENTS, -1);
        if (ret == -1) {
            perror("Failed to poll");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        
        if (ret > 0) {
            // 检查设备文件或套接字是否有事件发生
            if (fds[0].revents & POLLIN) {
                // 读取设备内容
                ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
                if (bytesRead == -1) {
                    perror("Failed to read device");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
                
                // 处理设备内容
                printf("Read %zd bytes from device: %s\n", bytesRead, buffer);
            }
        }
    }
    
    // 关闭设备文件或套接字
    close(fd);
    
    return 0;
}

在上述代码中，首先打开设备文件或套接字，并确保设备或套接字处于可读或可写状态。然后，创建一个 pollfd 结构体数组，用于存储需要轮询的文件描述符和事件。接下来，将设备文件或套接字的文件描述符和需要监听的事件类型添加到 pollfd 结构体数组中。最后，使用 poll 函数进行轮询，传入 pollfd 结构体数组和数组的大小。在事件发生时，根据事件类型进行相应的处理。

需要注意的是，上述代码中的 “/dev/device” 是一个示例设备文件路径，实际使用时需要根据实际情况修改为正确的设备文件路径。此外，poll 监听的事件类型可以根据实际需求进行设置，如可读事件（POLLIN）或可写事件（POLLOUT）。

select

打开设备文件或套接字，并确保设备或套接字处于可读或可写状态。

创建一个 fd_set 结构体，用于存储需要监听的文件描述符。

将设备文件或套接字的文件描述符添加到 fd_set 结构体中，使用 FD_SET 宏将文件描述符添加到 fd_set 结构体中。

使用 select 函数进行监听，传入最大文件描述符加 1、fd_set 结构体和超时时间。

检查 select 函数的返回值，如果返回值大于 0，表示有事件发生。

遍历 fd_set 结构体，检查文件描述符的状态，判断哪些文件描述符有事件发生。

根据事件类型进行相应的处理，如读取设备内容或写入设备数据。

以下是一个示例代码，演示了如何使用 select 监听设备：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    int fd;
    fd_set read_fds;
    char buffer[1024];
    
    // 打开设备文件或套接字
    fd = open("/dev/device", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("Failed to open device");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    while (1) {
        // 清空文件描述符集合
        FD_ZERO(&read_fds);
        
        // 将设备文件或套接字的文件描述符添加到文件描述符集合中
        FD_SET(fd, &read_fds);
        
        // 使用 select 函数进行监听
        int ret = select(fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret == -1) {
            perror("Failed to select");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        
        if (ret > 0) {
            // 检查设备文件或套接字是否有事件发生
            if (FD_ISSET(fd, &read_fds)) {
                // 读取设备内容
                ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
                if (bytesRead == -1) {
                    perror("Failed to read device");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
                
                // 处理设备内容
                printf("Read %zd bytes from device: %s\n", bytesRead, buffer);
            }
        }
    }
    
    // 关闭设备文件或套接字
    close(fd);
    
    return 0;
}

在上述代码中，首先打开设备文件或套接字，并确保设备或套接字处于可读或可写状态。然后，创建一个 fd_set 结构体，用于存储需要监听的文件描述符。接下来，将设备文件或套接字的文件描述符添加到 fd_set 结构体中，使用 FD_SET 宏将文件描述符添加到 fd_set 结构体中。最后，使用 select 函数进行监听，传入最大文件描述符加 1、fd_set 结构体和超时时间。在事件发生时，根据事件类型进行相应的处理。

需要注意的是，上述代码中的 “/dev/device” 是一个示例设备文件路径，实际使用时需要根据实际情况修改为正确的设备文件路径。此外，select 监听的事件类型可以根据实际需求进行设置，如可读事件（FD_ISSET）或可写事件（FD_ISSET）。

驱动部分代码实现

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include 
#include "memdev.h"

static mem_major = MEMDEV_MAJOR;
bool have_data = false; /*表明设备有足够数据可供读*/

module_param(mem_major, int, S_IRUGO);

struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/

struct cdev cdev; 

/*文件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct mem_dev *dev;
  
    /*获取次设备号*/
    int num = MINOR(inode->i_rdev);

    if (num >= MEMDEV_NR_DEVS) 
            return -ENODEV;
    dev = &mem_devp[num];
  
    /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
    filp->private_data = dev;
  
    return 0; 
}

/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  return 0;
}

/*读函数*/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsigned long p =  *ppos;
  unsigned int count = size;
  int ret = 0;
  struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

  /*判断读位置是否有效*/
  if (p >= MEMDEV_SIZE)
    return 0;
  if (count > MEMDEV_SIZE - p)
    count = MEMDEV_SIZE - p;
  
  while (!have_data) /* 没有数据可读，考虑为什么不用if，而用while */
  {
        if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)
            return -EAGAIN;
  
    wait_event_interruptible(dev->inq,have_data);
  }

  /*读数据到用户空间*/
  if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
  {
    ret =  - EFAULT;
  }
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
   
    printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }
  
  have_data = false; /* 表明不再有数据可读 */
  /* 唤醒写进程 */
  return ret;
}

/*写函数*/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsigned long p =  *ppos;
  unsigned int count = size;
  int ret = 0;
  struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
  
  /*分析和获取有效的写长度*/
  if (p >= MEMDEV_SIZE)
    return 0;
  if (count > MEMDEV_SIZE - p)
    count = MEMDEV_SIZE - p;

  /*从用户空间写入数据*/
  if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
    ret =  - EFAULT;
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
  
    printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }
  
  have_data = true; /* 有新的数据可读 */
  
    /* 唤醒读进程 */
    wake_up(&(dev->inq));

  return ret;
}

/* seek文件定位函数 */
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{ 
    loff_t newpos;

    switch(whence) {
      case 0: /* SEEK_SET */
        newpos = offset;
        break;

      case 1: /* SEEK_CUR */
        newpos = filp->f_pos + offset;
        break;

      case 2: /* SEEK_END */
        newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
        break;

      default: /* can‘t happen */
        return -EINVAL;
    }
    if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))
        return -EINVAL;
      
    filp->f_pos = newpos;
    return newpos;

}
unsigned int mem_poll(struct file *filp, poll_table *wait)
{
    struct mem_dev  *dev = filp->private_data; 
    unsigned int mask = 0;
  
   /*将等待队列添加到poll_table表中 */
    poll_wait(filp, &dev->inq,  wait);
 
  
    if (have_data)       

    mask |= POLLIN | POLLRDNORM;  /* readable */


    return mask;
}


/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
  .owner = THIS_MODULE,
  .llseek = mem_llseek,
  .read = mem_read,
  .write = mem_write,
  .open = mem_open,
  .release = mem_release,
  .poll = mem_poll,
};

/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
  int result;
  int i;

  dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);

  /* 静态申请设备号*/
  if (mem_major)
    result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
  else  /* 动态分配设备号 */
  {
    result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
    mem_major = MAJOR(devno);
  }  
  
  if (result < 0)
    return result;

  /*初始化cdev结构*/
  cdev_init(&cdev, &mem_fops);
  cdev.owner = THIS_MODULE;
  cdev.ops = &mem_fops;
  
  /* 注册字符设备 */
  cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
   
  /* 为设备描述结构分配内存*/
  mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
  if (!mem_devp)    /*申请失败*/
  {
    result =  - ENOMEM;
    goto fail_malloc;
  }
  memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
  
  /*为设备分配内存*/
  for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++) 
  {
        mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
        mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
        memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
  
      /*初始化等待队列*/
     init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].inq));
     //init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].outq));
  }
   
  return 0;

  fail_malloc: 
  unregister_chrdev_region(devno, 1);
  
  return result;
}

/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
  cdev_del(&cdev);   /*注销设备*/
  kfree(mem_devp);     /*释放设备结构体内存*/
  unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple character device driver");