linux學習筆記之IO

 

1、基礎知識。

1：普通IO類型。

　　1，非阻塞IO：發出open/read/write等IO操做，並使這些操做不會永遠阻塞。當不能完成時，會當即出錯返回。

　　　　1）非阻塞的兩種標誌方式：指定標誌：O_NONBLOCK。

　　　　2）非阻塞語義：文件狀態標誌的更改影響同一文件表項的全部用戶，但與經過其餘文件表項對同一設備的訪問無關。（關聯於文件表項）

　　2，異步IO（asynchronous IO）。

　　　　1）機制：當描述符準備號能夠進程IO時，發送一個信號通知進程。

　　　　　　1-僅當描述符引用中斷設備或網絡時，它才能起做用。

　　　　　　2-這種信號對每一個進程都只有一個。

　　3：IO多路轉接（IO multiplexing）。

　　　　1）機制：構造一個包含描述符的列表，而後調用一個函數。當描述符中的一個準備好進程IO操做時，該函數才返回。 

　　　　2）系統並不主動告知任何信息。須要咱們使用函數取查詢文件描述符。

　　4：POSIX異步IO：爲不一樣類型的文件進行異步IO提供例一套一致的方法。

　　　　1）異步IO操做必須顯式的指定偏移量。異步IO接口並不影響由操做系統維護的文件偏移量。

　　　　2）使用追加模式時，aio_offset字段會被系統忽略。

　　5：儲存映射IO。

　　　　1）機制：將一個磁盤文件映射到儲存空間中的一段緩衝區上。

2：終端IO。

　　1，兩種工做模式。

　　　　1）規範模式輸入處理：按行處理，以行爲結束。默認爲規範模式。

　　　　2）非規範模式輸入處理：按各自的規則處理。

　　　　3）規範模式下，有下列幾種狀況會形成讀返回：請求字節數已讀到，接收到行定界符，捕捉到信號。

　　　　4）非規範模式的四種狀況。TIME和MIN是termios結構中c_cc數組的兩個變量。

\	MIN > 0	MIN == 0
TIME > 0	A：在定時器超時前， 　　read返回[MIN, nbytes]； 　　若是定時器超時， 　　read返回[1, MIN]； 　　（TIME=字節間定時器。調用者無限期阻塞。）	C：在定時器超時前， 　　read返回[1, nbytes]； 　　若是定時器超時， 　　read返回0. 　　（TIME=read定時器）
TIME == 0	B：當有可用數據時， 　　read返回：[MIN, nbytes] 　　(調用者可無限期阻塞)	D：read當即返回[0, nbytes]

 

　　2，POSIX.1 定義了11個特殊輸入字符，其中9個能夠更改。

　　3，終端設備是由一般位於內核中的終端驅動程序控制的，每一個終端設備都由一個輸入隊列和一個輸出隊列。

　　　　1）輸入隊列填滿時，系統性爲依賴實現。

　　　　2）輸出隊列填滿時，進程一般休眠。直到隊列有可用空間。

　　4，終端IO函數彙總。

函數	說明
tcgetattr	獲取屬性
tcsetattr	設置屬性
cfgetispeed	獲取輸入速度
cfgetospeed	獲取輸出速度
cfsetispeed	設置輸入速度
cfsetospeed	設置輸出速度
tcdrain	等到全部輸出都被傳輸
tcflow	掛起 傳輸或接收
tcflush	沖洗未決輸入和/或輸出
tcsendbreak	發送BREAK字符
tcgetpgrp	得到前臺進程組ID
tcsetpgrp	設置前臺進程組ID
tcgetsid	獲得控制TTY的會話首進程的進程組ID

　　5，波特率：指位/秒(bit per second)。

　　　　1）通常系統都定義了協議之外的波特率。

　　6，僞終端。

　　　　1）含義：指對於一個應用程序而言，它看上去像一個終端。但事實上並非一個真正的終端。

　　　　2）幾個經典的用途P581（未徹底瞭解。）。

　　　　　　1-網絡登陸服務器。

　　　　　　2-窗口系統終端模擬。

　　　　　　3-script程序。

　　　　　　4-expect程序。

　　　　　　5-運行協同進程。

　　　　　　6-觀看長時間運行的程序的輸出。

3：IO相關：記錄鎖功能

　　1，記錄鎖功能（字節範圍鎖）：一個進程正在讀/修改文件的某個部分時，使用記錄鎖能夠阻止其餘進程修改同一個文件區。

　　　　1）它能夠只鎖住文件的一段區域。控制上更爲精確。

　　　　2）共享讀和獨佔寫的控制模式和讀寫鎖相似。

　　　　3）單個進程在同一區域設置第二把鎖時，會覆蓋以前的鎖。

　　　　4）加讀鎖時，描述符必須時讀打開；加寫鎖時，必須是寫打開。

　　2，鎖的隱含繼承和釋放。

　　　　1）當一個進程終止時，它創建的鎖所有釋放。當一個描述符關閉時，進程經過描述符設置的鎖也會釋放。

　　　　2）由fork產生的子進程不繼承父進程設置的鎖。

　　　　3）執行exec後，新程序能夠繼承原執行程序的鎖（和上條彷佛存在矛盾）。

　　3，合做進程：一個庫的全部函數都以一致的方法處理記錄鎖，則稱使用這些函數訪問數據庫的進程集爲合做進程。

　　4，強制性鎖：該鎖會讓內核見車每個IO函數，驗證調用進程是否違背了正在訪問的文件上的某一把鎖。

　　　　1）打開方式：對特定文件打開其設置組ID位，關閉組執行位（沒法理解）。

　　　　2）建議鎖的含義？

　　　　3）強制性鎖存在缺陷，是能夠避開的。

4：其餘。

　　1，輪詢：一段時間，調用一次指望的進程/函數。

　　　　1）多任務系統中，儘可能避免使用此方法。

　　2，BSD派生系統中，異步IO是信號SIGIO 和 SIGURG 的組合。

　　　　1）SIGIO：通用異步IO信號。

　　　　2）SIGURG：通知進程網絡鏈接上的帶外數據已經到達。

 

2、相關函數。

1：多路轉接IO

<sys/select.h>
1 多路轉接的查詢函數。 　　int select( int maxfdp1, fd_set *restrict readfds, fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict exceptfds, struct timeval *restrict tvptr );　　 　　// 1 輸入：描述符，描述符條件（讀/寫/異常），等待時間。 　　// 2 輸出：描述符總量，已準備好的描述符條件 　　// 3 參數tvptr： ==NULL 永遠等待， ==0 不等待， !=0 等待具體時間。無const，沒法保證不被修改。。 　　// 4 fd_set類型參數（寫/讀/異常條件）： 當參數==NULL時，表示不關心此參數。 　　// 5 參數maxfdp1：最大文件描述符編號+1. 　　// 6 返回值：出錯-1，0 表示沒準備好的描述符， >0 已準備好的描述符數之和。 　　int pselect( int maxfdp1, fd_set *restrict readfds, fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict exceptfds, const struct timespec *restrict tsptr, const sigset_t *restrict sigmask ); 　　// 1 提供高精度，並超時值沒法改變。 　　// 2 可以使用 信號屏蔽字。 　　int poll( struct pollfd fdarray[], nfds_t nfds, int timeout ); 　　// 1 將咱們感興趣的描述符寫進 pollfd 數組中。 　　// 2 參數 nfds：指定數組元素個數。 　　// 3 參數timeout：-1 永遠等待，0 不等待，>0 等待具體時間。 2 數據類型 fd_set 的處理函數/宏（取決於實現成函數，仍是宏）。 　　int FD_ISSET( int fd, fd_set *fdset ); // 指定位是否已打開。 　　void FD_CLR( int fd, fd_set *fdset ); // 清除某一個位。 　　void FD_SET( int fd, fd_set *fdset ); // 設置某一個位。 　　void FD_ZERO( fd_set *fdset ); // 全部位設置爲0。 　　// 1 fd_set類型中，一個文件描述符佔據一位。一般來講 位上置1 表示條件知足（不肯定具體系統實現）。 3 數據類型 pollfd。 　　struct pollfd 　　{ 　　　　int fd; // file decriptor to check, or <0 to ignore. 　　　　short events; // events of interest on fd. 　　　　short revents; // events that occurred on fd. 　　} 　　// 1 若是使用此結構，須要直到具體的event返回值的含義

2：POSIX異步IO

1 AIO控制塊基本結構（具體系統可在標準上添加） 　　struct aiocb 　　{ 　　　　int aio_fildes; // file descriptor 　　　　off_t aio_offset; // file offset for IO 　　　　volatile void *aio_buf; // buffer for IO 　　　　size_t aio_nbytes; // number of bytes to transfer 　　　　int aio_reqprio; // priority 　　　　struct sigevent aio_sigevent; // signal information 　　　　int aio_opcode; // operation for list IO 　　} 2 基本讀寫操做。 　　int aio_read( struct aiocb * aiocb ); 　　int aio_write( struct aiocb * aiocb ); 3 強制等待的異步操做直接寫入。 　　int aio_fsync( int op, struct aiocb *aiocb ); // !!!具體功能未徹底確認!!! 　　// 1 op參數有兩個選擇：O_DSYNC---fdatasync, O_SYNC---fsync 4 獲取一個操做完成狀態。 　　int aio_error( const struct aiocb *aiocb ); 　　// 1 返回值：0 成功，-1失敗 errno中保存錯誤信息，EINPROGRESS 操做等待中， 5 若是成功，獲取異步操做返回值。 　　ssize_t aio_return( const struct aiocb *aiocb ); 　　// 1 調用一次後，系統就清除返回值。 6 進程只剩異步操做未完成，能夠經過此函數阻塞進程。直到異步操做完成。 　　int aio_suspend( const struct aiocb *const list[], int nent, const struct timespec *timeout ); 7 取消等待的異步操做。 　　int aio_cancel( int fd, struct aiocb *aiocb ); // 僅發出取消命令，並不表明必定取消。 　　// 1 返回值：AIO_ALLDONE 全部操做已完成，不須要取消, AIO_CANCELED 成功, AIO_NOTCANCELED 最少有一個操做沒被取消, -1 調用失敗，錯誤保存在errno 8 提交一個 AIO控制塊的 列表 　　int lio_listio( int mode, struct aiocb *restrict const list[ restrict ], int nent, struct sigevent *restrict sigev ); 　　// 1 參數mode：LIO_WAIT, LIO_NOWAIT

3：儲存映射IO。

1 將給定文件映射到儲存區域。 　　void *nmap( void *addr, size_t len, int prot, int flag, int fd, off_t off ); 　　// 1 參數addr：指定映射區域的起始地址。設置爲0獲得最大的可移植性。 　　// 2 參數prot：儲存區的權限（讀/寫/執行） 　　// 3 參數flag：MAP_FIXED,MAP_SHARED,MAP_PRIVATE. 2 更改映射權限。 　　int mprotect( void *addr, size_t len, int prot ); 3 將儲存區數據寫入被映射文件。 　　int msync( void *addr, size_t len, int flags ); 　　// 1 參數flags：MS_ASYNC, MS_SYNC 4 解除映射區。 　　int munmap( void *addr, size_t len ); // 調用此函數，不會使儲存區數據寫入文件

4：多種讀寫函數。

1 讀/寫 多個緩衝區 　　ssize_t readv( int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt ); 　　ssize_t writev( int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt ); 　　// 1 參數iovcnt：讀取緩衝區的個數。 2 按照需求 讀/寫 N個字節的數據 　　ssize_t readn( int fd, void *buf, size_t nbytes ); 　　ssize_t writen( int fd, void *buf, size_t nbytes );

5：記錄鎖

int fcnt1(int fd, int cmd, struct flock *flockptr );

struct flock
{
　　short l_type;    // F_RDLCK(共享讀鎖), F_WRLCK(獨佔寫鎖), F_UNLCK(解鎖一個區域)
　　short l_whence;  // 加/解鎖區域的起始字節偏移量。可選值：SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END
　　off_t l_start;   // 加/解鎖區域的起始字節偏移量。
　　off_t l_len;     // 區域字節長度.等於0時，表示能夠添加爲最大偏移量，而不是0。
　　pid_t l_pid;     // 當前進程ID（cmd == F_GETLK 時）
}
// 1 對於記錄鎖，參數cmd是： F_GETLK(獲取鎖狀態), F_SETLK(設置鎖), F_SETLKW(設置鎖的阻塞版，W==wait)。
// 2 參數flockptr時記錄鎖的一個結構體。
// 3 使用參數cmd 獲取/設置鎖 的操做都不是原子操做。

 

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