第 14 章：高级 I/O

14.2 非阻塞 I/O

低速系统调用 —— 可能会使进程永远阻塞的一类系统调用，包括：

• 如果某类文件类型（例如管道、终端设备和网络设备）的数据并不存在，则读操作会使调用者永远阻塞。

  [huangz：一般可以通过设置最长等待时间(timeout)来解决这类问题。]

• 如果数据不能立即被上述同类型的文件接受（由于在管道中无空间、网络流控制等），则写操作也会使调用者永远阻塞。

• 在某种条件发生之前，打开某些类型的文件会被阻塞。

  例如打开一个终端设备可能需要到与之连接的调制解调器应答；

  又例如在没有其他进程已用读模式打开该 FIFO 时若以只写模式打开 FIFO ，那么也要等待。

• 对已经上锁的文件进行读/写。

• 某些 ioctl 操作。

• 某些进程间通信函数（见第 15 章）

—

非阻塞 I/O 使我们可以调用 open 、 read 和 write 这样的 I/O 操作，并使这些操作不会永远阻塞。 如果这种操作不能完成，则调用立即出错返回，表示该操作如继续执行将阻塞。

—

有两种方法可以让给定的文件描述符使用非阻塞形式：

1. 在调用 open 打开文件时，执行 O_NONBLOCK 标志
2. 如果描述符已经被打开，那么使用 fcntl 函数打开 O_NONBLOCK 标志（见3.14节)

Note

POSIX.1 要求，对于一个非阻塞的描述符，如果无数据可读，则 read 返回 -1 ，并设置 errno 为 EAGAIN 。

Note

O_NONBLOCK 影响共享同一文件表的所有用户，但与通过其他文件表对同一设备的访问无关（见图 3-1 和图 3-3）。

—

非阻塞 I/O 实例：

/*
 * 14-1.c
 */
#include "apue.h"
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>

char buf [500000];

int
main(void)
{
    int ntowrite, nwrite;
    char *ptr;

    ntowrite = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
    fprintf(stderr, "read %d bytes\n", ntowrite);

    // 设置非阻塞标志
    set_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK);

    ptr = buf;
    while (ntowrite > 0) {
        errno = 0;
        nwrite = write(STDOUT_FILENO, ptr, ntowrite);
        // 每次都将写出字节数和错误号码打印到标准输出
        fprintf(stderr, "nwrite = %d, errno = %d\n", nwrite, errno);
        
        if (nwrite > 0) {
            ptr += nwrite;
            ntowrite -= nwrite;
        }
    }

    // 清除非阻塞
    clr_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK);

    exit(0);
}

输出：

$ ./14-1.out < /bin/bash 2>14-1-err.out

$ head 14-1-err.out
read 500000 bytes
nwrite = 6144, errno = 0    // 成功
nwrite = -1, errno = 11     // 失败 (AGAIN)
nwrite = -1, errno = 11
nwrite = -1, errno = 11
nwrite = -1, errno = 11
nwrite = -1, errno = 11
nwrite = -1, errno = 11
nwrite = -1, errno = 11
nwrite = -1, errno = 11

在这个实例中，程序发出了数千个 write 调用，但是只有非常小的一部分额是真正输出数据的，其余的都是出错返回。

这种形式的循环成为轮询，它的缺点是浪费了 CPU 时间。14.5 节将介绍非阻塞描述符的 I/O 多路转接，这是进行这种操作的一种比较有效的方法。

通过多线程，可以避免使用阻塞 I/O ：即使一个线程被阻塞了，另一个线程也可以继续工作。不过多线程的使用增加了复杂性，很容易造成得不偿失的结果。

留言

comments powered by Disqus