新GNU_Linux编程 工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 郑谦益 第10章.pptVIP

第10章I/O操作模式 郑谦益、韩京宇 概述 I/O操作模式 文件I/O操作模式 内存的I/O映射 文件锁 终端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 异步方式 阻塞方式 概念 通常，在应用程序发出I/O请求后，如果I/O操作不能立刻完成，Linux内核将发出读写请求的进程暂时挂起，将CPU交给其他进程，等I/O完成后，重新切换回原来的进程继续运行,这种I/O处理方式称为阻塞方式。 非阻塞方式 概念 进程在发出读写请求后，不管I/O是否真正完成，可立即返回，继续执行。问题在于如何获知I/O操作已经完成，一种方法是不断地查询I/O状态，另一种方法是由操作系统通知I/O操作的完成，这种I/O处理方式称为非阻塞方式。 同步方式 概念 进程在发出文件读写请求后，如果需要进程等待或通过某种方式检查I/O操作是否完成，从而决定是否继续执行后续的工作，这种方式称为同步I/O方式。 异步方式 概念 进程在发出文件读写请求后，如果进程能继续执行其他工作，由内核以消息的方式通知进程请求的I/O操作已经完成，无需等待或检查I/O操作是否完成，这种方式称为异步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多路复用模式 信号驱动I/O模式 异步I/O模式 同步阻塞I/O模式 概念 通常，在进行I/O操作时，必须等到I/O操作完成才能进行下一步的操作，这种操作方式称为同步阻塞I/O模式， 同步阻塞I/O模式 实例分析 // exam10-1.c int 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(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 在进程发出文件读写请求后，无论I/O操作是否完成，立刻返回。这样进程可继续执行后续代码。为了获知文件的I/O操作是否完成，需不断地对文件I/O状态进行测试。 同步非阻塞I/O模式 同步非阻塞I/O模式 方法一: 在打开文件时，设定打开的方式为非阻塞方式，例如: open(fifo1,O_RDONLY|O_NONBLOCK); 方法二: 如果文件已经打开，可通过fcntl函数改变文件的I/O模式. 方法三: 如果文件已经打开，也可通过ioctl函数来改变I/O操作的方式。 同步非阻塞I/O模式 多路复用I/O模式 概念 基于多路复用I/O模式的进程可同时对多个文件描述符的读写状态进行检测，直到发现这些描述符中某个的状态发生了变化时返回。这表明检测到某文件的I/O操作已经完成。此时，进程可根据返回的状态进行真正的读写操作。 多路复用I/O模式 多路复用I/O模式 信号驱动的I/O模式 概念 信号驱动I/O模式是利用文件描述符的I/O状态的变化，产生SIGIO信号，通过对SIGIO信号的处理，读写相应的数据。 信号驱动的I/O模式 信号驱动的I/O模式 实现步骤 1. 利用signal或sigaction函数定义信号SIGIO的处理函数。 2. 使用fcntl函数对文件描述符在状态发生变化产生SIGIO信号时，设置信号发送的对象。 3. 在运用open函数打开文件时，或运用fcntl函数对已打开的文件，设置为O_ASYNC方式。 异步I/O模式 概念 在进程发出I/O读写请求后，，无论I/O操作是否完成，立刻返回，继续执行后续的代码，当要求的I/O操作完成时，内核向发出请求的进程发送信号，通知I/O操作已完成，此时，操作的数据已就需，无需在内核与用户空间之间进行拷贝，这种I/O操作方式称为异步I/O模式。 异步I/O模式 在POSIX 1003.1标准中，定义了异步I/O模式的函数接口。Linux内核从版本2.5开始支持异步I/O模式，在文件操作集中增加了异步I/O的操作接口。 API函数 aio_read() aio_write() aio_error() aio_return() 内存的I/O映射 内存的I/O映