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14.2 非阻塞I/O
系统调用分成两类: “低速”系统调用和其他。
低速系统调用可能会使进程永远阻塞
包括:
- 如果某些文件类型(如读管道、终端设备和网络设备)的数据并不存在，读操作可能会使调用者永远阻塞;
- 如果数据不能被相同的文件类型立即接受(如管道中无空间、网络流控制)，写操作可能会使调用者永远阻塞;
- 在某种条件发生之前打开某些文件类型可能会发生阻塞(如要打开一个终端设备，需要先等待与之连接的调制解调器应答，又如若以只写模式打开FIFO，那么在没有其他进程已用读模式打开该FIFO时也要等待);
- 对已经加上强制性记录锁的文件进行读写;
- 某些ioctl操作;
- 某些进程间通信函数(见第15章)。
注意：
我们也曾说过，虽然读写磁盘文件会暂时阻塞调用者，但并不能将与磁盘IO有关的系统调用视为“低速".
对于open，write和read有两种方法使其非阻塞
(1)如果调用open获得描述符,则可指定O_NONBLOCK标志(见3.3节)。
(2)对于调已经打开的一个描述符，则可用fcntl，由该函数打开O_NONBLOCK文件状态标志(见3.14节)，图3-12中的函数可用来为一个描述符打开任一文件状态标志。
14.3 记录锁
记录锁(record locking)的功能是：
当第一个进程正在读或修改文件的某个部分时，使用记录锁可以阻止其他进程修改同一文件区。
“记录”这个词是一种误用，因为UNIX系统内核根本没有使用文件记录这种概念。
一个更适合的术语可能是字节范围锁 (byte-range locking)，因为它锁定的只是文件中的一个区域(也可能是整个文件)。
- struct flock {
- short l_type; /* 锁类型： F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */
- short l_whence; /* 取值为SEEK_SET(文件头), SEEK_CUR(文件当前位置), SEEK_END(文件尾) */
- off_t l_start; /* 相对于l_whence字段的偏移量 */
- off_t l_len; /* 需要锁定的长度 */
- pid_t l_pid; /* 当前获得文件锁的进程标识（F_GETLK） */
- };
l_whence + l_start 指定起始位置
l_len 指定要上锁的字节范围
如：
当前区域若有一把写锁，则不能再加任何锁
当前区域若有一把读锁，可以再有一把读锁，新的锁会替换旧的锁，
强制锁和建议性锁
如果一个进程试图读(read)或写(write)一个强制性锁起作用的文件，而欲读、写的部分又由其他进程加上了锁,此时会发生什么呢?
对这一问题的回答取决于3方面的因素;
- 操作类型(read或write)
- 其他进程持有的锁的类型(读锁或写锁)以及read或write的描述符
- 是阻塞还是非阻塞的
图14-11列出了8种可能性,
执行exec后，fork后的新程序可以继承原执行程序的文件锁。但是，如果一个文件描述符设置了close-on-exec标志，在执行exec时,会关闭该文件描述符，所以对应的锁也就被释放了,也就无所谓继承了。
注意：这里的文件锁不是线程的读写锁
14.4 I/O多路转接
以下是问题实例：
telnet程序从终端(标准输入)读，将所得数据写到网络连接上，同时从网络连接读，将所得数据写到终端上(标准输出)，在网络连接的另一端， telnetd守护进程读用户键入的命令，并将所读到的送给shell，这如同用户登录到远程机器上一样。telnetd守护进程将执行用户键入命令而产生的输出通过telnet命令送回给用户，并显示在用户终端上。图14-13显示了这种工作情景。
telnet进程有两个输入，两个输出。
我们不能对两个输入中的任一个使用阻塞read，因为我们不知道到底哪一个输入会得到数据。
处理这种特殊问题的一种方法是，将一个进程变成两个进程(用fork)，每个进程处理一条数据通路。如果使用两个进程，则可使每个进程都执行阻塞read。
但是这也产生了问题：
操作什么时候终?
如果子进程接收到文件结束符(telnetd守护进程使网络连接断开)，那么该子进程终止，然后父进程接收到SIGCHLD信号。
但是，如果父进程终止(用户在终端上键入了文件结束符)，那么父进程应通知子进程停止。
为此可以使用一个信号(如SIGUSR1)，但这使程序变得更加复杂。
我们可以不使用两个进程，而是用一个进程中的两个线程。虽然这避免了终止的复杂性，但却要求处理两个线程之间的同步，在复杂性方面这可能会得不偿失。
上面的问题是，既要让系统调用一直在那里检测条件是否满足，又要不能因阻塞而影响下面的程序执行，
解决方法：
1.轮询：
优点:
简单
缺点：
浪费CPU时间
2.异步I/O——通过信号的方式控制
优点：
不浪费CPU时间
缺点：
每种Unix的处理不同，移植性差
对信号的处理更复杂，即每个需要轮询但不阻塞的调用，都要设置一个信号，不然不知道该怎样处理
3.I/O多路转接
1.select函数
int select(int nfds, fd_set *restrict readfds,
fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict errorfds,
struct timeval *restrict timeout);
FD_ISSET(int fd, fd_set *set) 这个函数很有意思，
- 当注册完一个文件后，再调用这个函数检查这个文件描述符，得到的值式非零，
- 当调用了select（）后，再退出后，如果这个文件描述符的阻塞没有发生，则再调用这个函数就会返回0，如果发生了就会返回非0，
- 可以用于检测阻塞有没有发生
timerval结构用来描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的文件描述符没有之间发生则函数返回，返回值为0。
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
2.select的变体pselect函数：
改进：
更精准的超时时间：
select的超时值用timeval结构指定， timespec结构以秒和纳秒表示超时值，而非秒和微秒。
pselect的超时值被声明为const，这保证了调用pselect不会改变此值。
pselect可使用可选信号屏蔽字。
siamask=NULL，那么在与信号有关的方面， pselect的运行状况和select相同。
否则， sigmask指向一信号屏蔽字，在调用， pselect时，以原子操作的方式安装该信号屏蔽字。在返回时，恢复以前的信号屏蔽字。
3.poll函数
timeout ==-1 永远等待
timeout ==0 不等待
timeout> 0 等待tiweout毫秒
优点：不会浪费太多CPU时间，且达到while加非阻塞的效果
缺点：
1.select和poll本身时阻塞式的，当里面的条件没满足或者超时，就会一直阻塞，
2.这两个函数可以同时注册多个阻塞，但是只要有一个阻塞发生就会马上退出函数，而不会等其它阻塞发生，更不会等全部阻塞发生后才退出
14.5 异步I/O
3.6.6.1、何为异步IO
(1)几乎可以认为：异步IO就是操作系统用软件实现的一套中断响应系统。
(2)异步IO的工作方法是：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。
类似中断
3.6.6.2、涉及的函数：
(1)fcntl（F_GETFL、F_SETFL、O_ASYNC、F_SETOWN）
设置文件的异步IO属性
(2)signal或者sigaction（SIGIO）
注册异步IO处理函数
3.6.3.代码实践
优点：
1.类似中断处理，可以一直检测，
2.当一个鼠标阻塞发生，然后执行相应处理函数后，还可以继续检测鼠标阻塞，而不用手动又来重新添加一个鼠标阻塞，
缺点：还没发现
展望:如何撤销这个阻塞事件
14.6 函数readv和writev
参考这个博客：
https://blog.csdn.net/ieearth/article/details/46730669
注意这个读和写是阻塞的
14.7 函数readn和writen
参考这个博客：
https://blog.csdn.net/atefrice/article/details/47861891
14.7 存储映射I/O
内存的I/O映射是将文件某区域的内容映射到进程的虚拟空间的技术
通过对文件的内存IO映射，可使用用户对文件的操作转换为对内存的操作，这样不仅使用方便而且提高了存储速度。
参考我的博客：