GNULinux編程第10章ppt課件

1、第10章I/O操作方式鄭謙益、韓京宇概述I/O操作方式操作方式文件文件I/O操作方式操作方式內(nèi)存的內(nèi)存的I/O映射映射文件鎖文件鎖終端終端I/O操作操作I/O操作方式I/O操作方式 阻塞方式 非阻塞方式 同步方式 異步方式阻塞方式概念 通常，在運(yùn)用程序發(fā)出I/O懇求后，假設(shè)I/O操作不能立刻完成，Linux內(nèi)核將發(fā)出讀寫(xiě)懇求的進(jìn)程暫時(shí)掛起，將CPU交給其他進(jìn)程，等I/O完成后，重新切換回原來(lái)的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),這種I/O處置方式稱為阻塞方式。 非阻塞方式概念 進(jìn)程在發(fā)出讀寫(xiě)懇求后，不論I/O能否真正完成，可立刻前往，繼續(xù)執(zhí)行。問(wèn)題在于如何獲知I/O操作曾經(jīng)完成，一種方法是不斷地查詢I/O形狀，另一

2、種方法是由操作系統(tǒng)通知I/O操作的完成，這種I/O處置方式稱為非阻塞方式。同步方式概念 進(jìn)程在發(fā)出文件讀寫(xiě)懇求后，假設(shè)需求進(jìn)程等待或經(jīng)過(guò)某種方式檢查I/O操作能否完成，從而決議能否繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的任務(wù)，這種方式稱為同步I/O方式。異步方式異步方式 概念 進(jìn)程在發(fā)出文件讀寫(xiě)懇求后，假設(shè)進(jìn)程能繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，由內(nèi)核以音訊的方式通知進(jìn)程懇求的I/O操作曾經(jīng)完成，無(wú)需等待或檢查I/O操作能否完成，這種方式稱為異步I/O方式；文件I/O操作方式文件I/O操作方式 同步阻塞I/O方式 同步非阻塞I/O方式 I/O多路復(fù)用方式 信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O方式 異步I/O方式同步阻塞I/O方式概念 通常，在進(jìn)展I/O操作

3、時(shí)，必需等到I/O操作完成才干進(jìn)展下一步的操作，這種操作方式稱為同步阻塞I/O方式，同步阻塞I/O方式實(shí)例分析/ exam10-1.cint fd_line,fd_kb,fd_display;char chr_from_kb10;char chr_from_line10;void test()while (1) read(fd_kb, &chr_from_kb, 1); /非阻塞write(fd_line, &chr_from_kb, 1);read(fd_line, &chr_from_line, 1);/非阻塞write(fd_display, &chr_f

4、rom_line, 1);同步非阻塞I/O方式概念 在進(jìn)程發(fā)出文件讀寫(xiě)懇求后，無(wú)論I/O操作能否完成，立刻前往。這樣進(jìn)程可繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼。為了獲知文件的I/O操作能否完成，需不斷地對(duì)文件I/O形狀進(jìn)展測(cè)試。同步非阻塞I/O方式同步非阻塞I/O方式方法一: 在翻開(kāi)文件時(shí)，設(shè)定翻開(kāi)的方式為非阻塞方式，例如: open(fifo1,O_RDONLY|O_NONBLOCK);方法二: 假設(shè)文件曾經(jīng)翻開(kāi)，可經(jīng)過(guò)fcntl函數(shù)改動(dòng)文件的I/O方式.方法三: 假設(shè)文件曾經(jīng)翻開(kāi)，也可經(jīng)過(guò)ioctl函數(shù)來(lái)改動(dòng)I/O操作的方式。同步非阻塞I/O方式頭文件#include #include #include 函數(shù)

5、原型int fcntl(int fildes, int cmd)int fcntl(int fildes, int cmd, long arg)功能設(shè)置文件描畫(huà)符的相關(guān)特性參數(shù)fildes文件描畫(huà)符cmd操作的指令arg操作的參數(shù)前往值錯(cuò)誤，前往-1，否那么，依操作而定多路復(fù)用多路復(fù)用I/O方式方式 概念 基于多路復(fù)用I/O方式的進(jìn)程可同時(shí)對(duì)多個(gè)文件描畫(huà)符的讀寫(xiě)形狀進(jìn)展檢測(cè)，直到發(fā)現(xiàn)這些描畫(huà)符中某個(gè)的形狀發(fā)生了變化時(shí)前往。這闡明檢測(cè)到某文件的I/O操作曾經(jīng)完成。此時(shí)，進(jìn)程可根據(jù)前往的形狀進(jìn)展真正的讀寫(xiě)操作。多路復(fù)用多路復(fù)用I/O方式方式多路復(fù)用多路復(fù)用I/O方式方式頭文件#include 函數(shù)

6、原型int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout)功能I/O多路復(fù)用參數(shù)n 表示最大的文件描畫(huà)符+1readfds 可讀文件描畫(huà)符集合writefds 可寫(xiě)文件描畫(huà)符集合exceptfds 異常文件描畫(huà)符集合timeout 超時(shí)終了時(shí)間前往值0 超時(shí)前往n假設(shè)檢測(cè)到文件描畫(huà)符形狀發(fā)生改動(dòng)，前往形狀改動(dòng)的個(gè)數(shù)0 假設(shè)發(fā)生錯(cuò)誤，信號(hào)驅(qū)動(dòng)的I/O方式概念 信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O方式是利用文件描畫(huà)符的I/O形狀的變化，產(chǎn)生SIGIO信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)SIGIO信號(hào)的處置，讀

7、寫(xiě)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。信號(hào)驅(qū)動(dòng)的I/O方式信號(hào)驅(qū)動(dòng)的I/O方式實(shí)現(xiàn)步驟1. 利用signal或sigaction函數(shù)定義信號(hào)SIGIO的處置函數(shù)。2. 運(yùn)用fcntl函數(shù)對(duì)文件描畫(huà)符在形狀發(fā)生變化產(chǎn)生SIGIO信號(hào)時(shí)，設(shè)置信號(hào)發(fā)送的對(duì)象。3. 在運(yùn)用open函數(shù)翻開(kāi)文件時(shí)，或運(yùn)用fcntl函數(shù)對(duì)已翻開(kāi)的文件，設(shè)置為O_ASYNC方式。異步I/O方式概念 在進(jìn)程發(fā)出I/O讀寫(xiě)懇求后，無(wú)論I/O操作能否完成，立刻前往，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的代碼，當(dāng)要求的I/O操作完成時(shí)，內(nèi)核向發(fā)出懇求的進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，通知I/O操作已完成，此時(shí)，操作的數(shù)據(jù)已就需，無(wú)需在內(nèi)核與用戶空間之間進(jìn)展拷貝，這種I/O操作方式稱為異步I/O方

8、式。異步I/O方式 在POSIX 1003.1規(guī)范中，定義了異步I/O方式的函數(shù)接口。Linux內(nèi)核從版本2.5開(kāi)場(chǎng)支持異步I/O方式，在文件操作集中添加了異步I/O的操作接口。API函數(shù)aio_read()aio_write()aio_error()aio_return()內(nèi)存的I/O映射內(nèi)存的I/O映射概念 內(nèi)存的I/O映射是將文件某區(qū)間的內(nèi)容映射至進(jìn)程的虛擬地址空間的某個(gè)區(qū)域的技術(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)文件的內(nèi)存I/O映射，可運(yùn)用戶對(duì)文件的操作轉(zhuǎn)換為對(duì)內(nèi)存的操作。內(nèi)存的I/O映射頭文件#include 函數(shù)原型void * mmap(void *start, size_t length, int pr

9、ot , int flags, int fd, off_t offset)功能將文件的內(nèi)容映射至內(nèi)存參數(shù)start內(nèi)存開(kāi)場(chǎng)位置length映射內(nèi)容的長(zhǎng)度prot設(shè)定存取權(quán)限flags設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)方式fd文件描畫(huà)符offset在文件中的偏移量前往值勝利，前往內(nèi)存映射的開(kāi)場(chǎng)地址，否那么，前往-1文件鎖文件鎖文件鎖文件鎖當(dāng)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)存取同一個(gè)文件時(shí)，有能夠出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的景象。為了防止這種景象的發(fā)生，在多個(gè)進(jìn)程同時(shí)存取同一個(gè)文件時(shí)，必需遵守一定的規(guī)那么。鎖就是這樣一種機(jī)制。1. 共享鎖2. 互斥鎖文件鎖文件鎖頭文件#include 函數(shù)原型int flock(int fd, int op)功能a為一個(gè)

10、翻開(kāi)的文件描畫(huà)符上鎖或解鎖參數(shù)fd已翻開(kāi)的文件描畫(huà)符opa加鎖方式前往值勝利，前往0，否那么，前往-1，同時(shí)errno被設(shè)置終端終端I/O終端的行為方式終端的行為方式終端的行為的變化可經(jīng)過(guò)改動(dòng)其屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于終端所涉及的屬性比較多，因此，不同屬性值的組合，會(huì)使得終端表現(xiàn)出不同的行為方式。常用終端行為方式有以下三種：1. 規(guī)范方式2. 非規(guī)范方式3. 原始方式規(guī)范方式概念 這是我們常用的方式，是終端設(shè)備驅(qū)動(dòng)通常運(yùn)用的方式。終端驅(qū)動(dòng)將從鍵盤(pán)接納的字符暫時(shí)存放于編輯緩沖區(qū)。因此，用戶可對(duì)鍵盤(pán)輸入進(jìn)展行編輯，直至接納到回車鍵。終端驅(qū)動(dòng)在接納到回車鍵后，將編輯緩沖區(qū)中的內(nèi)容傳送給運(yùn)用程序。在這種方式

11、下，終端驅(qū)動(dòng)還擔(dān)任對(duì)一些特殊字符進(jìn)展處置，如CTRL-C等。非規(guī)范方式概念 在這種方式下，終端驅(qū)動(dòng)封鎖了編輯緩沖區(qū)，驅(qū)動(dòng)將從鍵盤(pán)上接納的字符直接傳送給運(yùn)用程序，其中包括退格鍵和光標(biāo)挪動(dòng)鍵等，這些鍵不再具有編輯功能，但依然保管了對(duì)一些特殊字符的處置。原始方式概念 在這種方式下，終端驅(qū)動(dòng)不僅封鎖了編輯緩沖區(qū)，而且也封鎖了對(duì)一些特殊字符的處置，如退格鍵、光標(biāo)挪動(dòng)鍵和CTRL-C鍵等。終端驅(qū)動(dòng)將接納的恣意一個(gè)字符都上傳給運(yùn)用程序。終端方式的設(shè)置API函數(shù)tcgetattr()tcsetattr()struct termios tcflag_t c_iflag; / 輸入方式tcflag_t c_oflag; / 輸出方式 tcflag_t c_cflag; / 控制方式tcflag_t c_lflag; / 本地方式cc_t c_ccNCCS; / 特殊控制字元終端方式的設(shè)置頭文件#include 函數(shù)原型int tcgetattr(int fd, struct termios *info)功能獲取終端設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的屬性參數(shù)fd 終端文件描畫(huà)符in