linux非阻塞IO与阻塞IO的应用

1.为什么有阻塞IO
（1）常见的阻塞：wait、pause、sleep等函数，read和write某些特殊文件时
（2）阻塞式的好处，在阻塞等待的进程不消耗CPU运行，提高性能。

2.如何实现非阻塞IO访问
（1）O_NONBLOCK和fcntl

3.阻塞式IO的困境
（1）程序中读取键盘

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(void)
{char buf[100];memset(buf,0,sizeof(buf));printf("before read\n");//读取键盘键盘就是标准输入，stdinread(0,buf,2);//read默认是阻塞的printf("读出的内容是：[%s]\n",buf);return 0;
}

（2）程序中读取鼠标
这里的鼠标输入在/dev/input/mouse1有的是在mouse0下面通过cat /dev/input/mouse0或者mouse1然后移动鼠标出现乱码则就是鼠标输入设备。

#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(void)
{int fd = -1;char buf[200];fd = open("/dev/input/mouse0",O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return -1;}memset(buf,0,sizeof(buf));printf("before read\n");//读取鼠标read(fd,buf,5);//read默认是阻塞的printf("读出的内容是：[%s]\n",buf);return 0;
}

（3）程序中同时读取键盘鼠标

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(void)
{int fd = -1;char buf[200];fd = open("/dev/input/mouse0",O_RDONLY);//打开鼠标if(fd < 0){perror("open");return -1;}memset(buf,0,sizeof(buf));printf("before 鼠标 read\n");//读取鼠标read(fd,buf,5);//read默认是阻塞的printf("鼠标读出的内容是：[%s]\n",buf);memset(buf,0,sizeof(buf));printf("before 键盘 read\n");//读取键盘键盘就是标准输入，stdinread(0,buf,2);//read默认是阻塞的printf("键盘读出的内容是：[%s]\n",buf);return 0;
}

（4）问题分析
像这种情况就只能先读鼠标再读键盘这就是阻塞式的缺陷

4.并发式IO
（1）非阻塞式IO

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(void)
{int fd = -1;int ret = -1;int flag = -1;char buf[200];fd = open("/dev/input/mouse0",O_RDONLY|O_NONBLOCK);//打开鼠标if(fd < 0){perror("open");return -1;}//把0号文件描述符（stdin）变成非阻塞式//int fcntl(int fd, int cmd, ... * arg * );flag = fcntl(0,F_GETFL);        //先获取原来的flagflag |= O_NONBLOCK;             //添加非阻塞属性fcntl(0,F_SETFL,flag);          //更新flag//上面三步将0这个文件描述符变为非阻塞式的while(1){memset(buf,0,sizeof(buf));//printf("before 鼠标 read\n");//读取鼠标ret = read(fd,buf,5);//read默认是阻塞的if(ret > 0){printf("鼠标读出的内容是：[%s]\n",buf);}memset(buf,0,sizeof(buf));//printf("before 键盘 read\n");//读取键盘键盘就是标准输入，stdinret = read(0,buf,5);//read默认是阻塞的if(ret > 0){printf("键盘读出的内容是：[%s]\n",buf);}}return 0;
}

5.多路复用IO
（1）何为IO多路复用（IO multiplexing）
（2）用在什么地方：多路非阻塞式IO
（3）select和poll（本身是阻塞式函数）

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数1：文件描述符的个数（文件IO中最大文件描述符+1）
参数2：要读的文件描述符的集合（相当于结构体，放多个需要读的文件描述符）
参数3：要写的多个文件描述符
参数4：看文件描述符是否出错
参数5：设置超时时间（如果这段事间一直没有IO事件发生就返回0）
返回值：返回发生了几次IO事件

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
参数1：多个文件描述符的集合
参数2：放入这个集合的文件描述符个数+1
参数3：超时时间
返回值：返回发生了几次IO事件

select函数实现

#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/time.h>int main(void)
{int fd = -1;int ret = -1;fd_set myset;char buf[200];struct timeval tm;fd = open("/dev/input/mouse0",O_RDONLY);//打开鼠标if(fd < 0){perror("open");return -1;}//当前有两个fd，1个是fd，1个是0//处理mysetFD_ZERO(&myset);//先清零FD_SET(fd,&myset);//设置fdFD_SET(0,&myset);//设置0这个fdtm.tv_sec = 10;//设置秒tm.tv_usec = 0;//设置微妙（两个秒数是相加的）//int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,//fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);ret = select(fd+1,&myset,NULL,NULL,&tm);if(ret < 0){perror("select");return -1;}else if(ret == 0){printf("超时了\n");}else{//等到了一路IO，然后去监测是哪个IO到了if(FD_ISSET(0,&myset)){//这里处理键盘memset(buf,0,sizeof(buf));//读取键盘键盘就是标准输入，stdinread(0,buf,5);//read默认是阻塞的printf("键盘读出的内容是：[%s]\n",buf);}else if(FD_ISSET(fd,&myset)){//这里处理鼠标memset(buf,0,sizeof(buf));read(fd,buf,5);//read默认是阻塞的printf("鼠标读出的内容是：[%s]\n",buf);}}return 0;
}

poll函数实现：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/time.h>
#include <poll.h>int main(void)
{int fd = -1;int ret = -1;struct pollfd myfds[2] = {0};char buf[200];struct timespec tm;fd = open("/dev/input/mouse0",O_RDONLY);//打开鼠标if(fd < 0){perror("open");return -1;}//初始化我们的pollfdmyfds[0].fd = 0;        //键盘myfds[0].events = POLLIN;//等待读操作myfds[1].fd = fd;        //鼠标myfds[1].events = POLLIN;//等待读操作tm.tv_sec = 10000;//int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);//ret = poll(myfds,2,tm.tv_sec);//2个文件描述符，10000毫秒ret = poll(myfds,fd,10000);//2个文件描述符，10000毫秒，这里写fd文件运行>直接退出if(ret < 0){perror("poll:");return -1;}else if(ret == 0){printf("超时了\n");}else{//等到了一路IO，然后去监测是哪个IO到了if(myfds[0].events == myfds[0].revents){//这里处理键盘memset(buf,0,sizeof(buf));//读取键盘键盘就是标准输入，stdinread(0,buf,5);//read默认是阻塞的printf("键盘读出的内容是：[%s]\n\r",buf);}if(myfds[1].events == myfds[1].revents){//这里处理鼠标memset(buf,0,sizeof(buf));read(fd,buf,50);//read默认是阻塞的printf("鼠标读出的内容是：[%s]\n",buf);}}return 0;
}

（4）外部阻塞式，内部非阻塞式自动轮询多路阻塞式IO

6.异步通知（异步IO）
（1）异步IO就是操作系统用软件实现的一套中断系统。
（2）异步IO的工作方法：我们当前进程注册一个异步IO事件（使用signal注册一个信号SIGIO的处理函数），然后当前进程可以正常处理自己的事情，当异步事件发生后当前进程会收到一个SIGIO信号从而执行绑定的处理函数去处理这个异步事件。
（3）涉及函数（fcntl（F_GETFL、F_SETFL、O_ASYNC、F_SETOWN））、signal或sigaction（SIGIO）
（4）代码实现

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int mousefd = -1;//异步通知函数，绑定SIGIO信号，在函数内处理异步通知事件
void func(int sig)
{char buf[200] = {0};if(sig != SIGIO)return;//读取鼠标read(mousefd,buf,5);//read默认是阻塞的printf("鼠标读出的内容是：[%s]\n",buf);}int main(void)
{char buf[200];int flag = -1;mousefd = open("/dev/input/mouse0",O_RDONLY);//打开鼠标if(mousefd < 0){perror("open");return -1;}//注册异步通知（把鼠标的文件描述符设置为可以接受异步IO）flag = fcntl(mousefd,F_GETFL);flag |= O_ASYNC;fcntl(mousefd,F_SETFL,flag);//把异步IO事件的接收进程设置为当前进程fcntl(mousefd,F_SETOWN,getpid());//注册当前进程的SIGIO信号捕捉函数signal(SIGIO,func);while(1){memset(buf,0,sizeof(buf));//读取键盘键盘就是标准输入，stdinread(0,buf,5);//read默认是阻塞的printf("键盘读出的内容是：[%s]\n",buf);}return 0;
}

7.存储映射IO
（1）mmap函数
（2）LCD显示和IPC之共享内存
（3）存储映射的特点：共享而不是复制，减少内存操作。处理大文件时效率高，小文件不划算

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

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