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Linux系统高级IO

news 来源：原创 2025/6/30 4:03:23

Linux系统高级IO

阻塞式IO的困境

程序中读取键盘

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	// 键盘就是标准输入,stdin，文件描述符是0
	char buf[100];
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	read(0, buf ,2);
	printf("%s",buf);
	exit(0);
}

程序中读取鼠标

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	int fd = -1;
	char buf[100];
	fd = open("/dev/input/mouse1",O_RDONLY);
	if (fd < 0)
	{
		perror("mouse fail");
		exit(-1);
	}
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	read(fd, buf ,50);
	printf("%s",buf);
	exit(0);
}

程序中同时读取键盘和鼠标

以下方式只能先读鼠标再读键盘！！！因为程序被鼠标读阻塞住了！解决方法是并发式IO！

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	int fd = -1;
	char buf[100];
	// 鼠标
	fd = open("/dev/input/mouse1",O_RDONLY);
	if (fd < 0)
	{
		perror("mouse fail");
		exit(-1);
	}
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	read(fd, buf ,50);
	printf("mouse:%s",buf);

	// 键盘
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	read(0, buf ,2);
	printf("keyboard:%s",buf);
	
	exit(0);
}

非阻塞式IO
没办法读取，直接结束！但可以在一个while循环里以轮询方式实现，但性能不好！

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	// 把文件描述符变成非阻塞的
	int flag = -1;
	flag = fcntl(0, F_GETFL);// 获取flag
	flag |= O_NONBLOCK;//添加非阻塞属性
	fcntl(0, F_SETFL, flag);//设置flag
	
	char buf[100]；
	// 键盘
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	read(0, buf ,2);
	printf("keyboard:%s",buf);
	
	exit(0);
}

IO多路复用

用来应对并发IO。

select / poll
select / poll 本身是阻塞式的，内部是非阻塞式的（以非阻塞式自动轮询多路阻塞式IO），但与while不同，可以让出CPU。

用select函数实现同时读取键盘鼠标

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
	int fd = -1;
	char buf[100];
	// 鼠标
	fd = open("/dev/input/mouse1",O_RDONLY);
	if (fd < 0)
	{
		perror("mouse fail");
		exit(-1);
	}
    fd_set readfds;                  // 读集合
    struct timeval timeout;          // 超时时间
 
    FD_ZERO(&readfds);               // 清空集合
    FD_SET(0, &readfds);  // 键盘
	FD_SET(fd, &readfds);  // 鼠标
	
    timeout.tv_sec = 5;              // 超时时间为 5 秒
    timeout.tv_usec = 0;
 
    printf("等待输入（5 秒超时）...\n");
    int ret = select(STDIN_FILENO + 1, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
 
    if (ret == -1) {
        perror("select 出错");
        exit(-1);
    } else if (ret == 0) {
        printf("超时，没有输入\n");
        exit(0);
    } else {
    	// 处理键盘
        if (FD_ISSET(0, &readfds)) {
        	memset(buf, 0, sizeof(buf));
			read(0, buf ,2);
			printf("keyboard:%s",buf);
        }
    	// 处理鼠标
        if (FD_ISSET(fd, &readfds)) {
			memset(buf, 0, sizeof(buf));
			read(fd, buf ,50);
			printf("mouse:%s",buf);
        }
    }
 
    return 0;
}

异步IO

异步IO就是操作系统用软件实现的一套中断响应系统。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。

void sig_fun() {
    int data = 0;
    int n = read(mousefd, &data, sizeof(data));
    if (n < 0) {
        printf("read mouse error\n");
    }
    else {
        printf("%d\n", data);
    }
}

struct sigaction sa;
struct sigaction od_sa;

sa.sa_handler = sig_fun;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sigaddset(&sa.sa_mask, SIGIO); // SIGIO添加进信号集
sa.sa_flags = 0;

// 1. 调用sigaction为SIGIO信号建立信号处理程序
sigaction(SIGIO, &sa, &od_sa); // 捕获SIGIO后, 处理信号时, 阻塞信号; 处理完毕后恢复

// 2. 以命令F_SETOWN调用fcntl来设置进程ID, 用于接收对该描述符的信号(SIGIO)
if (fcntl(mousefd, F_SETOWN, getpid()) < 0) {
    perror("fcntl F_SETOWN error");
    exit(1);
}

// 3. 以命令F_SETFL调用fcntl, 设置O_ASYNC文件状态标识, 使得在该描述符上可以进行异步IO
int flag = fcntl(mousefd, F_GETFL);
if (flag < 0) {
    perror("fcntl F_GETFL error");
    exit(1);
}
flag |= O_ASYNC;

ret = fcntl(mousefd, F_SETFL, flag);
if (ret < 0) {
    perror("fcntl F_SETFL error");
    exit(1);
}

while (1) {
    usleep(50);
}

存储映射IO

不需要把内存复制到另一地址，直接映射。
（1）共享而不是复制，减少内存操作
（2）处理大文件时效率高，小文件不划算

mmap

使用mmap()函数将 LCD 显存的物理地址映射到进程的虚拟地址空间。

#include <sys/mman.h>

char *fbp = (char *)mmap(0, screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (fbp == MAP_FAILED) {
    perror("mmap");
    close(fd);
    return -1;
}