linux文件设备与I/O：read/write函数 与 阻塞 Block

一，read 函数从打开的设备或文件中读取数据

#include <unistd.h>
       ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
       返回值:成功返回读取的字节数,出错返回-1并设置errno,如果在调read之前已到达文件末尾,则这次
read返回0

      读上来的数据保存在缓冲区buf 中,同时文件的当前读写位置向后移。注意这个读写位置和使用C标准I/O库时的读写位置有可能不同,这个读写位置是记在内核中的,而使用C标准I/O库时的读写位置是用户空间I/O缓冲区中的位置。

二，write 函数向打开的设备或文件中写数据

    #include <unistd.h>
       ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
       返回值:成功返回写入的字节数,出错返回-1并设置errno

三，阻塞（Ｂlock）
       当进程调用一个阻塞的系统函数时,该进程被置于睡眠(Sleep)状态,这时内核调度其它进程运行,直到该进程等待的事件发生了(比如网络上接收到数据包,或者调用sleep 指定的睡眠时间到了)它才有可能继续运行。
       睡眠状态相对的是运行(Running)状态,在Linux内核中,处于运行状态的进程分为两种情况:正在被调度执行和就绪状态。

   假设同时监视多个设备，如果read(设备1)是阻塞的,那么只要设备1没有数据到达就会一直阻塞在设备1的read 调用上,即使设备2有数据到达也不能处理,使用非阻塞I/O就可以避免设备2得不到及时处理。
   在open 一个设备时指定了 O_NONBLOCK  标志,read / write 就不会阻塞。 以read 为例,如果设备暂时没有数据可读就返回-1,同时置errno 为EWOULDBLOCK(或者EAGAIN,这两个宏定义的值相同), 表示本来应该阻塞在这里(would block,虚拟语气),事实上并没有阻塞而是直接返回错误,调用者应该试着再读一次(again)。这种行为方式称为轮询(Poll),调用者只是查询一下,而不是阻塞在这里死等,这样可以同时监视多个设备。

      非阻塞I/O有一个缺点,如果所有设备都一直没有数据到达,调用者需要反复查询做无用功,如果阻塞在那里,操作系统可以调度别的进程执行,就不会做无用功了。
          select(2) 函数可以阻塞地同时监视多个设备,还可以设定阻塞等待的超时时间,从而圆满地解决了这个问题。

四，阻塞与非阻塞读终端实例

非阻塞读终端

   程序开始执行时在0、1、2文件描述符上自动打开的文件就是终端,但是没有O_NONBLOCK 标志。所以,读标准输入是阻塞的。我们可以重新打开一遍设备文件 /dev/tty (表示当前终端) ,在打开时指O_NONBLOCK 标志。


#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define MSG_TRY "try again\n"
int main(void)
{
        char buf[10];
        int fd, n;
        fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
        if(fd<0) {
                perror("open /dev/tty");
                exit(1);
        }
tryagain:
        n = read(fd, buf, 10);
        if (n < 0) {
                if (errno == EAGAIN) {
                        sleep(1);
                        write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY,
strlen(MSG_TRY));
                        goto tryagain;
                }
                perror("read /dev/tty");
                exit(1);
        }
        write(STDOUT_FILENO, buf, n);
        close(fd);
        return 0;
}

阻塞读终端

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
        char buf[10];
        int n;
        n = read(STDIN_FILENO, buf, 10);
        if (n < 0) {
                perror("read STDIN_FILENO");
                exit(1);
        }
        write(STDOUT_FILENO, buf, n);
        return 0;
}