Linux学习记录——사십 高级IO(1)

文章目录

  • 1、IO
  • 2、同、异步IO(5种IO类型)
  • 3、其它高级IO
  • 4、非阻塞IO


其它IO类型的实现在这篇之后的三篇

1、IO

input,output。调用read或recv接口时,如果对方长时间不向我方接收缓冲区拷贝数据,我们的进程就只能阻塞,这是读取条件不满足。阻塞的时间成本最后会体现在用户上。因此可以说,IO = 等 + 数据拷贝。高效IO则是单位事件内,等的比重越低,IO效率越高。

可以看出IO是有条件的,满足条件就叫IO时间就绪。

IO有五种模型

2、同、异步IO(5种IO类型)

调用读取用的接口后,对于有自己的接收缓冲区,有5种IO方式

阻塞IO:如果缓冲区内没有好数据,系统调用就一直阻塞等待,不做别的事情,直到准备好数据,才开始读取并返回。所有的套接字默认都是阻塞IO。

非阻塞IO:单次检验缓冲区内没有数据,recv函数就返回EWOULDBLOCK,每隔一段时间再调用recv接口来查看缓冲区,如果有就读取并返回数据,没有就还返回上面的。这也就是非阻塞轮询。

阻塞与非阻塞的区别在于等的方式不同,不过都要自己去拷贝数据。非阻塞在没得到结果前就不阻塞当前进程,直接返回,过一会再来查看;阻塞就是一直阻塞等待,直到读取数据再返回。

上面两个等的方式不同,但拷贝方式相同。

信号驱动IO:缓冲区内有数据时,就发送SIGIO信号通知上层调用接口来读取。信号是告知上层什么时候可以读取的,接口是在信号处理了之后才调用的。

recv函数调用后会先检测有没有数据,也就是条件检测,没有返回,有才读取再返回。像这样的接口只使用一个文件描述符。

多路复用/多路转接IO:执行一个进程,传多个文件描述符,调用多个接口来等待数据,进程只负责等待数据,等到有了数据,也就是IO条件就绪,就通知上层调用recv接口来读取并返回。

多路复用IO是效率最高的,因为并不只是一个进程在等,而是很多个进程在等,那么等待成功的可能性就更高。单个进程等待的概率和多个进程等待的概率相比。

上面4个都是同步IO。

异步IO:不参与等待过程,只是发起一个进程,给一个缓冲区来接收数据。至于结果怎么样,由操作系统来决定。多路复用是进程在等待,异步IO是系统在等待。

两种IO方式的区别是有没有参与等以及读取的过程。实际上,对应到系统,应当是一个进程通过特定的文件描述符,等待IO事件就绪,通过系统调用来读取数据拷贝到上层。

recv函数就是在做条件检测,条件通过再读取。

3、其它高级IO

记录锁、系统V流机制。存储映射IO(mmap),readv和writev函数等

4、非阻塞IO

int main()
{char buffer[64];while(true){printf(">>> ");fflush(stdout);ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if(n > 0){buffer[n - 1] = 0;std::cout << "echo# " << buffer << std::endl;}}
}

这就是一个等待的过程,如果我们不输入,就一直卡在read那里。这是阻塞,如果要变成非阻塞,用fcntl接口。

#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, …/* arg */);

cmd值有5种

复制一个现有的描述符(cmd=F_DUPFD)
获得/设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD)
获得/设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL)//GET获得文件状态标记位,SET设置这个文件新的状态
获得/设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN)
获得/设置记录锁(cmd=F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW)

void SetNonBlock(int fd) {int fl = fcntl(fd, F_GETFL);//使用F_GETFL将当前的文件描述符的属性取出来(这是一个位图)if (fl < 0) {perror("fcntl");return; }fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);//然后再使用F_SETFL将文件描述符设置回去. 设置回去的同时, 加上一个O_NONBLOCK参数
}

非阻塞和阻塞都是文件的读取方式,在文件结构体中就是一个变量设为1或0,这里的O_NONBLOCK是宏,只有一个比特位,通过fcntl将这个数设置进文件结构体。

#include <iostream>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>void SetNonBlock(int fd)
{int fl = fcntl(fd, F_GETFL);//使用F_GETFL将当前的文件描述符的属性取出来(这是一个位图)if (fl < 0){std::cerr << "error string: " << strerror(errno) << " error code: " << errno << std::endl;return ;}fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);//然后再使用F_SETFL将文件描述符设置回去. 设置回去的同时, 加上一个O_NONBLOCK参数
}int main()
{char buffer[64];//SetNonBlock(0);//0表示非阻塞while(true){printf(">>> ");fflush(stdout);ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if(n > 0){buffer[n - 1] = 0;std::cout << "echo# " << buffer << std::endl;}else if(n == 0){std::cout << "end file" << std::endl;break;} else{std::cout << "read error??" << std::endl;break;} }
}

不设置成0,就是阻塞。read那里不是0而是4,当前没有打开文件描述符为4的文件,就会read error。加上错误原因

        else{std::cerr << "read error?" << "error string: " << strerror(errno) << " error code: " << errno << std::endl;break;} 

现在再用上SetNonBlock,设置为0,那么即使不输入,也会出错,因为它不阻塞,直接去判断,没输入也没读取完,所以就打印错误语句

在这里插入图片描述

那么这里就在每一次循环后sleep一会。只有在输入时才会打印正常语句,不输入就一直打印错误语句。非阻塞IO在底层没有数据时,就以出错形式返回,不过不算正式地出错。

区分一下

        else{if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)//也就是错误码为11的两个,表示非阻塞式的出错返回{//底层数据没有准备好,下次继续检测sleep(1);std::cout << "data not ready" << std::endl;continue;}else if(errno == EINTR){//这次IO被信号中断,需要重新读取continue;}std::cerr << "read error? " << "error string: " << strerror(errno) << " error code: " << errno << std::endl;break;}

非阻塞IO在没有得到数据之前,可以做别的工作,模拟一下:

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <vector>
#include <functional>void PrintLog()
{std::cout << "这个是一个日志例程" << std::endl;
}void OpenMysql()
{std::cout << "这个是一个操作数据库的例程" << std::endl;
}void CheckNet()
{std::cout << "这个是一个检测网络状态的例程" << std::endl;
}using func_t = std::function<void (void)>;
std::vector<func_t> funcs;void LoadTask()
{funcs.push_back(PrintLog);funcs.push_back(OpenMysql);funcs.push_back(CheckNet);
}void HandlerAllTask()
{for(const auto& func: funcs) func();
}void SetNonBlock(int fd)
{int fl = fcntl(fd, F_GETFL);//使用F_GETFL将当前的文件描述符的属性取出来(这是一个位图)if (fl < 0){std::cerr << "error string: " << strerror(errno) << " error code: " << errno << std::endl;return ;}fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);//然后再使用F_SETFL将文件描述符设置回去. 设置回去的同时, 加上一个O_NONBLOCK参数
}int main()
{char buffer[64];SetNonBlock(0);//0表示非阻塞LoadTask();while(true){printf(">>> ");fflush(stdout);ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if(n > 0){buffer[n - 1] = 0;std::cout << "echo# " << buffer << std::endl;}else if(n == 0){std::cout << "end file" << std::endl;break;}else{if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)//也就是错误码为11的两个,表示非阻塞式的出错返回{//底层数据没有准备好,下次继续检测HandlerAllTask();sleep(1);std::cout << "data not ready" << std::endl;continue;}else if(errno == EINTR){//这次IO被信号中断,需要重新读取continue;}std::cerr << "read error? " << "error string: " << strerror(errno) << " error code: " << errno << std::endl;break;}sleep(3); }
}

本篇gitee

结束。

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