【Linux】第十六章 高级IO （五种IO模型+fcntl）

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IO主要分为两步：

• 第一步是等，即等待IO条件就绪。
• 第二步是拷贝，也就是当IO条件就绪后将数据拷贝到内存或外设。

让IO变得高效，最核心的办法就是尽量减少“等”的时间

五种 IO 模型

• A, 拿着鱼竿去钓鱼，一直盯着鱼漂，鱼漂有动静就收钩

• B, 拿着鱼竿去钓鱼，时不时看看鱼漂，有动静就收购

• C, 拿着鱼竿去钓鱼，在鱼漂上弄个铃铛，然后干其他的事情，听到铃铛的声音就收钩

• D, 拿了一大堆鱼竿过来，都摆弄好，只要有一个鱼漂有动静，就收钩

• E 是大老板，直接叫人帮忙钓鱼，钓到一定数量的🐟后通知自己，自己过来取🐟

  这五种钓鱼方式，就对应了五种 IO 模型

• A, 阻塞等待 , 等待到数据就立即读取

• B, 轮询检测 , 检测到数据的时候读取

• C, 利用铃铛来作为通知方式，听到了信号之后，就去读取数据（信号驱动）

• D, 一次性检测多个文件描述符（多路转接）

• E, 没有自己参与钓鱼过程，有别人帮忙监控文件描述符，自己只关心拿走数据（异步 IO）

ABC效率本质上是一样，D 的效率是最高的，ABCD是同步IO

异步IO 和 同步IO

• 异步IO没有参与IO细节，不需要你进行“等”和“拷贝”的操作
• 同步IO有参与IO细节

同步通信 和 异步通信

• 异步通信：在调用发出后，这个调用直接返回，并没有携带结果
• 同步通信：在发出调用后，没有得到结果前，该调用不返回

同步通信 和 同步与互斥

• 线程和进程的同步指的是线程和进程之间有相互制约的关系，让进程/线程能够按照某种特定的顺序访问临界资源
• 而同步IO指的是进程/线程与操作系统之间的关系，谈论的是进程/线程是否需要主动参与IO过程

fcntl-设置非阻塞IO

默认创建的都是阻塞的文件描述符，我们可以使用 fcntl 来将文件描述符设置成非阻塞的

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

• 复制一个现有的描述符（cmd=F_DUPFD）
• 获得 / 设置文件描述符标记 (cmd=F_GETFD 或 F_SETFD)
• 获得 / 设置文件状态标记 (cmd=F_GETFL 或 F_SETFL)
• 获得 / 设置异步 I/O 所有权 (cmd=F_GETOWN 或 F_SETOWN)
• 获得 / 设置记录锁 (cmd=F_GETLK, F_SETLK 或 F_SETLKW)
• … 可变参数，传入的cmd值不同，后面追加的参数也不同。

返回值

• 如果函数调用成功，则返回值取决于具体进行的操作。
• 如果函数调用失败，则返回-1，同时错误码会被设置。

测试

定义一个函数，该函数就用于将指定的文件描述符设置为非阻塞状态

bool SetNonBlock(int fd)
{//传入的cmd值为F_SETFL，获取文件已有状态int fl = fcntl(fd, F_GETFL);if (fl < 0){std::cerr << "fcntl error" << std::endl;return false;}//添加非阻塞标记O_NONBLOCKfcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);return true;
}

stdin（0号文件描述符）输入的时候，进程就是处于阻塞状态，等待输入，如果我们改成非阻塞，那么stdin不会阻塞

int main()
{SetNoBlock(stdin->_fileno);char buf[1024];while(true){ssize_t read_size = read(stdin->_fileno, buf, sizeof(buf) - 1);if(read_size < 0){perror("read err");sleep(2);continue;}printf("input:%s\n", buf);buf[0] = '\0';}return 0;
}

没有输入就会一直循环打印报错，如果有输出内容就会把输出内容打印

read err: Resource temporarily unavailable
read err: Resource temporarily unavailable
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read err: Resource temporarily unavailable
123
input:123read err: Resource temporarily unavailable

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