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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0char 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flagflag |= O_NONBLOCK;//添加非阻塞属性fcntl(0, F_SETFL, flag);//设置flagchar 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;
}