本篇博客将说明linux中的阻塞IO、非阻塞IO以及这两种进行IO操作的困境，最后说明解决这种困境的方法，也就是IO多路复用
1、阻塞式IO
阻塞式IO是指在执行设备操作时，若不能获得资源，则挂起进程直到满足可操作的条件后在进行操作。被挂起的进程进入睡眠状态，被从调度运行器的运行队列中移走，直到等待的条件满足。内核中默认的都是阻塞式的实现方式，因为这种实现方式效率比较高，被阻塞时，该进程并不占用CPU，而是将CPU交出，执行其他的进程。
2、非阻塞式IO
非阻塞式Io是指当前进程不能够进行设备操作的时候，并不会挂起，它要么放弃，要么不停的查询，直到可以进行操作为止。这种方式看似效率很高，但是当长时间得不到资源的时候那么，该进程将会长时间占用CPU，从而拉低整个系统的效率。非阻塞式访问有两种方法，一种时当文件open的时候使用O_NONBLOCK，以另一种是对已经打开的问文件进行属性修改，使用fctl()。如下：
//打开是设置
fd = open("/dev/input/mouse1", O_RDONLY | O_NONBLOCK); //非阻塞方式访问 鼠标
// 把0号文件描述符（stdin）变成非阻塞式的
flag = fcntl(0, F_GETFL); // 先获取原来的flag
flag |= O_NONBLOCK; // 添加非阻塞属性
fcntl(0, F_SETFL, flag); // 更新flag
// 这3步之后，0就变成了非阻塞式的了3、阻塞与非阻塞IO的困境
就现在来看，将系统中的所有IO操作都使用阻塞式的访问不就行了吗？但是，事实并不是想象中的那么简单，在Linux内核中存在着各种我们想不到的情况，都需要兼顾得到。下面举一个例子说明阻塞与非阻塞的困境。
在一个进程中要进行3个IO操作，分别是A、B、C。他们都是以阻塞的方式打开进行访问的，并且执行顺序是A、B、C。现在有个情况是A因为条件不满足而被阻塞，所以就执行不了B、C，但是B或者C的执行条件都是满足的，这样就导致了B、C不能执行的现象，显然这不是我们想看的的结果。
阻塞式IO在自己进行单个IO操作的时候，是没有问题的。但是像上面这种进行多路IO操作的时候，就会出现问题。这里用一个简单的程序实例来验证这种说法。该程序是进行鼠标与键盘的读操作，并将读到的信息输出到控制台。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
// 读取鼠标
int fd = -1;
char buf[200];
fd = open("/dev/input/mouse1", O_RDONLY);
if (fd < 0)
{
perror("open:");
return -1;
}
memset(buf, 0, sizeof(buf));
printf("before 鼠标 read.\n");
read(fd, buf, 50);
printf("鼠标读出的内容是：[%s].\n", buf);
// 读键盘
memset(buf, 0, sizeof(buf)); //键盘就是标准输入 对应的文件描述符是0
printf("before 键盘 read.\n");
read(0, buf, 5);
printf("键盘读出的内容是：[%s].\n", buf);
return 0;
}程序最终的现象是，程序开始阻塞在读鼠标内容的位置，移动鼠标或者单击鼠标，控制台有数据的打印，然后阻塞在读键盘的位置，键盘输入内容，然后控制台有数据打印，程序运行结束。这样看好像没有什么问题，但是这是我们知道程序的原理的前提下进行的操作。当我们先敲击键再单击机鼠标的时候，是没有任何现象的。这样显然是不合理的，因为，这样对于用户来说这根本就是致命的bug的存在。
4、多路IO复用
对于像这种多路IO同时进行操作的问题，我们有很多种方法解决。例如将鼠标与键盘都设置成非阻塞的方式，但是要将键盘与鼠标的读放在一个while循环中。或者使用异步IO的方式，将鼠标或者键盘其中的一个做为主函数，另一个作为类似于中断的函数，当有数据可读时就挂起主程序去执行“中断”函数。等等吧。这里我要详细介绍的就是使用IO多路复用的方式实现多路IO同时进行操作的时候问题。
复用的意思时不用每个进程/线程来操控单独的一个IO，只需一个进程/线程来操控多个IO。使用非阻塞IO的用用程序通常会使用select()和poll()系统调用查询是否可以对设备进行无阻塞的访问（select和poll系统调用最终都会使得设备驱动中的pull函数被执行，这个关于驱动的知识放到以后在讲述），其实select与pull系统调用本质是一样的。在应用程序中最广泛的是select()系统调用，其函数原型如下：
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
- nfds的值是需要检测的号码最高的fd加1
- readfds、writefds、exceptfds分别是被select()监听的读、写和一场处理的文件描述符集合，readfds中文件集中的任何一个文件变得可读，select()函数就会返回；同理，writefds文件集中的任何一个文件变得可读，select也返回。
- timeout参数是一个执行struct timevel类型的指针，这个参数设置对监听的IO所等待的最长时间，其数据结构定义：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
下面的一些操作是用来设置、清除、判断文件描述符集合：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //将一个文件描述符从文件描述符集合中清除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //判断文件描述符是否被置位
void FD_SET(int fd, fd_set *set); //将一个文件描述符加入文件描述符集合中
void FD_ZERO(fd_set *set); //清除一个文件描述符集合用一个实例进行说明select()函数的的使用
/*
使用select函数进行对鼠标与键盘的监听
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int main(void)
{
// 读取鼠标
int fd = -1, ret = -1;
char buf[200];
fd_set myset;
struct timeval tm;
fd = open("/dev/input/mouse1", O_RDONLY);
if (fd < 0)
{
perror("open:");
return -1;
}
// 当前有2个fd，一共是fd 一个是0
// 处理myset
FD_ZERO(&myset);
FD_SET(fd, &myset);
FD_SET(0, &myset);
tm.tv_sec = 10; //等待时间
tm.tv_usec = 0;
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，然后去监测到底是哪个IO到了，处理之
if (FD_ISSET(0, &myset))
{
// 这里处理键盘
memset(buf, 0, sizeof(buf));
read(0, buf, 5);
printf("键盘读出的内容是：[%s].\n", buf);
}
if (FD_ISSET(fd, &myset))
{
// 这里处理鼠标
memset(buf, 0, sizeof(buf));
read(fd, buf, 50);
printf("鼠标读出的内容是：[%s].\n", buf);
}
}
return 0;
}使用poll()函数实现IO多路复用
/*
使用select函数进行对鼠标与键盘的监听
*/#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <poll.h>
int main(void)
{
// 读取鼠标
int fd = -1, ret = -1;
char buf[200];
struct pollfd myfds[2] = {0};
fd = open("/dev/input/mouse1", O_RDONLY);
if (fd < 0)
{
perror("open:");
return -1;
}
// 初始化我们的pollfd
myfds[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
ret = poll(myfds, fd+1, 10000);
if (ret < 0)
{
perror("poll: ");
return -1;
}
else if (ret == 0)
{
printf("超时了\n");
}
else
{
// 等到了一路IO，然后去监测到底是哪个IO到了，处理之
if (myfds[0].events == myfds[0].revents)
{
// 这里处理键盘
memset(buf, 0, sizeof(buf));
read(0, buf, 5);
printf("键盘读出的内容是：[%s].\n", buf);
}
if (myfds[1].events == myfds[1].revents)
{
// 这里处理鼠标
memset(buf, 0, sizeof(buf));
read(fd, buf, 50);
printf("鼠标读出的内容是：[%s].\n", buf);
}
}
return 0;
}注明：本博客是根据朱有鹏老师的l《linux嵌入式核心课程》视频所作的总结