1、第10章I/O操作模式,鄭謙益、韓京宇,概述,I/O操作模式文件I/O操作模式內(nèi)存的I/O映射文件鎖終端I/O操作,I/O操作模式,I/O操作模式,阻塞方式非阻塞方式同步方式異步方式,阻塞方式,概念 通常，在應(yīng)用程序發(fā)出I/O請求后，如果I/O操作不能立刻完成，Linux內(nèi)核將發(fā)出讀寫請求的進程暫時掛起，將CPU交給其他進程，等I/O完成后，重新切換回原來的進程繼續(xù)運行,這種I/O處理方式

2、稱為阻塞方式。,非阻塞方式,概念 進程在發(fā)出讀寫請求后，不管I/O是否真正完成，可立即返回，繼續(xù)執(zhí)行。問題在于如何獲知I/O操作已經(jīng)完成，一種方法是不斷地查詢I/O狀態(tài)，另一種方法是由操作系統(tǒng)通知I/O操作的完成，這種I/O處理方式稱為非阻塞方式。,同步方式,概念 進程在發(fā)出文件讀寫請求后，如果需要進程等待或通過某種方式檢查I/O操作是否完成，從而決定是否繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的工作，這種方式稱為同步I/O

3、方式。,異步方式,概念 進程在發(fā)出文件讀寫請求后，如果進程能繼續(xù)執(zhí)行其他工作，由內(nèi)核以消息的方式通知進程請求的I/O操作已經(jīng)完成，無需等待或檢查I/O操作是否完成，這種方式稱為異步I/O方式；,文件I/O操作模式,文件I/O操作模式,同步阻塞I/O模式同步非阻塞I/O模式I/O多路復(fù)用模式信號驅(qū)動I/O模式異步I/O模式,同步阻塞I/O模式,概念 通常，在進行I/O操作時，必須

4、等到I/O操作完成才能進行下一步的操作，這種操作方式稱為同步阻塞I/O模式，,同步阻塞I/O模式,,實例分析,// exam10-1.cint fd_line,fd_kb,fd_display;char chr_from_kb[10];char chr_from_line[10];void test(){while (1) {read(fd_kb, &chr_from_kb, 1); //非阻塞write

5、(fd_line, &chr_from_kb, 1);read(fd_line, &chr_from_line, 1);//非阻塞write(fd_display, &chr_from_line, 1);}},同步非阻塞I/O模式,概念 在進程發(fā)出文件讀寫請求后，無論I/O操作是否完成，立刻返回。這樣進程可繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼。為了獲知文件的I/O操作是否完成，需不斷地對文件I/

6、O狀態(tài)進行測試。,同步非阻塞I/O模式,,同步非阻塞I/O模式,方法一: 在打開文件時，設(shè)定打開的方式為非阻塞方式，例如: open("fifo1",O_RDONLY|O_NONBLOCK);方法二: 如果文件已經(jīng)打開，可通過fcntl函數(shù)改變文件的I/O模式.方法三: 如果文件已經(jīng)打開，也可通過ioctl函數(shù)來改變I/O操作的方式。,同步非阻塞I/O模式,多路復(fù)用I/

7、O模式,概念 基于多路復(fù)用I/O模式的進程可同時對多個文件描述符的讀寫狀態(tài)進行檢測，直到發(fā)現(xiàn)這些描述符中某個的狀態(tài)發(fā)生了變化時返回。這表明檢測到某文件的I/O操作已經(jīng)完成。此時，進程可根據(jù)返回的狀態(tài)進行真正的讀寫操作。,多路復(fù)用I/O模式,,多路復(fù)用I/O模式,信號驅(qū)動的I/O模式,概念 信號驅(qū)動I/O模式是利用文件描述符的I/O狀態(tài)的變化，產(chǎn)生SIGIO信號，通過對SIGIO信號的處理，讀寫相

8、應(yīng)的數(shù)據(jù)。,信號驅(qū)動的I/O模式,,信號驅(qū)動的I/O模式,實現(xiàn)步驟1. 利用signal或sigaction函數(shù)定義信號SIGIO的處理函數(shù)。2. 使用fcntl函數(shù)對文件描述符在狀態(tài)發(fā)生變化產(chǎn)生SIGIO信號時，設(shè)置信號發(fā)送的對象。3. 在運用open函數(shù)打開文件時，或運用fcntl函數(shù)對已打開的文件，設(shè)置為O_ASYNC方式。,異步I/O模式,概念 在進程發(fā)出I/O讀寫請求后，，無論I/O操作是否完成，立刻返回

9、，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的代碼，當(dāng)要求的I/O操作完成時，內(nèi)核向發(fā)出請求的進程發(fā)送信號，通知I/O操作已完成，此時，操作的數(shù)據(jù)已就需，無需在內(nèi)核與用戶空間之間進行拷貝，這種I/O操作方式稱為異步I/O模式。,異步I/O模式,,,在POSIX 1003.1標(biāo)準(zhǔn)中，定義了異步I/O模式的函數(shù)接口。Linux內(nèi)核從版本2.5開始支持異步I/O模式，在文件操作集中增加了異步I/O的操作接口。API函數(shù)aio_read()aio_write()ai

10、o_error()aio_return(),內(nèi)存的I/O映射,內(nèi)存的I/O映射,概念 內(nèi)存的I/O映射是將文件某區(qū)間的內(nèi)容映射至進程的虛擬地址空間的某個區(qū)域的技術(shù)。通過對文件的內(nèi)存I/O映射，可使用戶對文件的操作轉(zhuǎn)換為對內(nèi)存的操作。,內(nèi)存的I/O映射,文件鎖,文件鎖,當(dāng)多個進程同時存取同一個文件時，有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，在多個進程同時存取同一個文件時，必須遵守一定的規(guī)則。鎖就是這樣一種

11、機制。1. 共享鎖2. 互斥鎖,文件鎖,終端I/O,終端的行為模式,終端的行為的變化可通過改變其屬性來實現(xiàn)，但由于終端所涉及的屬性比較多，因此，不同屬性值的組合，會使得終端表現(xiàn)出不同的行為方式。常用終端行為模式有以下三種：1. 規(guī)范模式2. 非規(guī)范模式3. 原始模式,規(guī)范模式,概念 這是我們常用的模式，是終端設(shè)備驅(qū)動通常使用的模式。終端驅(qū)動將從鍵盤接收的字符暫時存放于編輯緩沖區(qū)。因此，用戶可對鍵盤輸入進行行

12、編輯，直至接收到回車鍵。終端驅(qū)動在接收到回車鍵后，將編輯緩沖區(qū)中的內(nèi)容傳遞給應(yīng)用程序。在這種模式下，終端驅(qū)動還負責(zé)對一些特殊字符進行處理，如CTRL-C等。,非規(guī)范模式,概念 在這種模式下，終端驅(qū)動關(guān)閉了編輯緩沖區(qū)，驅(qū)動將從鍵盤上接收的字符直接傳送給應(yīng)用程序，其中包括退格鍵和光標(biāo)移動鍵等，這些鍵不再具有編輯功能，但仍然保留了對一些特殊字符的處理。,原始模式,概念 在這種模式下，終端驅(qū)動不僅關(guān)閉了編

13、輯緩沖區(qū)，而且也關(guān)閉了對一些特殊字符的處理，如退格鍵、光標(biāo)移動鍵和CTRL-C鍵等。終端驅(qū)動將接收的任意一個字符都上傳給應(yīng)用程序。,終端模式的設(shè)置,API函數(shù)tcgetattr()tcsetattr()struct termios {tcflag_t c_iflag; // 輸入模式tcflag_t c_oflag; // 輸出模式 tcflag_t c_cflag; // 控制模式t