linux学习笔记之IO

一、基础知识。

1：普通IO类型。

　　1，非阻塞IO：发出open/read/write等IO操作，并使这些操作不会永远阻塞。当不能完成时，会立即出错返回。

　　　　1）非阻塞的两种标志方式：指定标志：O_NONBLOCK。

　　　　2）非阻塞语义：文件状态标志的更改影响同一文件表项的所有用户，但与通过其他文件表项对同一设备的访问无关。（关联于文件表项）

　　2，异步IO（asynchronous IO）。

　　　　1）机制：当描述符准备号可以进程IO时，发送一个信号通知进程。

　　　　　　1-仅当描述符引用中断设备或网络时，它才能起作用。

　　　　　　2-这种信号对每个进程都只有一个。

　　3：IO多路转接（IO multiplexing）。

　　　　1）机制：构造一个包含描述符的列表，然后调用一个函数。当描述符中的一个准备好进程IO操作时，该函数才返回。

　　　　2）系统并不主动告知任何信息。需要我们使用函数取查询文件描述符。

　　4：POSIX异步IO：为不同类型的文件进行异步IO提供例一套一致的方法。

　　　　1）异步IO操作必须显式的指定偏移量。异步IO接口并不影响由操作系统维护的文件偏移量。

　　　　2）使用追加模式时，aio_offset字段会被系统忽略。

　　5：储存映射IO。

　　　　1）机制：将一个磁盘文件映射到储存空间中的一段缓冲区上。

2：终端IO。

　　1，两种工作模式。

　　　　1）规范模式输入处理：按行处理，以行为结束。默认为规范模式。

　　　　2）非规范模式输入处理：按各自的规则处理。

　　　　3）规范模式下，有下列几种情况会造成读返回：请求字节数已读到，接收到行定界符，捕捉到信号。

　　　　4）非规范模式的四种情况。TIME和MIN是termios结构中c_cc数组的两个变量。

\	MIN > 0	MIN == 0
TIME > 0	A：在定时器超时前， 　　read返回[MIN, nbytes]； 　　如果定时器超时， 　　read返回[1, MIN]； 　　（TIME=字节间定时器。调用者无限期阻塞。）	C：在定时器超时前， 　　read返回[1, nbytes]； 　　如果定时器超时， 　　read返回0. 　　（TIME=read定时器）
TIME == 0	B：当有可用数据时， 　　read返回：[MIN, nbytes] 　　(调用者可无限期阻塞)	D：read立即返回[0, nbytes]

　　2，POSIX.1 定义了11个特殊输入字符，其中9个可以更改。

　　3，终端设备是由通常位于内核中的终端驱动程序控制的，每个终端设备都由一个输入队列和一个输出队列。

　　　　1）输入队列填满时，系统性为依赖实现。

　　　　2）输出队列填满时，进程通常休眠。直到队列有可用空间。

　　4，终端IO函数汇总。

函数	说明
tcgetattr	获取属性
tcsetattr	设置属性
cfgetispeed	获取输入速度
cfgetospeed	获取输出速度
cfsetispeed	设置输入速度
cfsetospeed	设置输出速度
tcdrain	等到所有输出都被传输
tcflow	挂起 传输或接收
tcflush	冲洗未决输入和/或输出
tcsendbreak	发送BREAK字符
tcgetpgrp	获得前台进程组ID
tcsetpgrp	设置前台进程组ID
tcgetsid	得到控制TTY的会话首进程的进程组ID

　　5，波特率：指位/秒(bit per second)。

　　　　1）一般系统都定义了协议以外的波特率。

　　6，伪终端。

　　　　1）含义：指对于一个应用程序而言，它看上去像一个终端。但事实上并不是一个真正的终端。

　　　　2）几个经典的用途P581（未完全了解。）。

　　　　　　1-网络登录服务器。

　　　　　　2-窗口系统终端模拟。

　　　　　　3-script程序。

　　　　　　4-expect程序。

　　　　　　5-运行协同进程。

　　　　　　6-观看长时间运行的程序的输出。

3：IO相关：记录锁功能

　　1，记录锁功能（字节范围锁）：一个进程正在读/修改文件的某个部分时，使用记录锁可以阻止其他进程修改同一个文件区。

　　　　1）它可以只锁住文件的一段区域。控制上更为精确。

　　　　2）共享读和独占写的控制模式和读写锁类似。

　　　　3）单个进程在同一区域设置第二把锁时，会覆盖之前的锁。

　　　　4）加读锁时，描述符必须时读打开；加写锁时，必须是写打开。

　　2，锁的隐含继承和释放。

　　　　1）当一个进程终止时，它建立的锁全部释放。当一个描述符关闭时，进程通过描述符设置的锁也会释放。

　　　　2）由fork产生的子进程不继承父进程设置的锁。

　　　　3）执行exec后，新程序可以继承原执行程序的锁（和上条似乎存在矛盾）。

　　3，合作进程：一个库的所有函数都以一致的方法处理记录锁，则称使用这些函数访问数据库的进程集为合作进程。

　　4，强制性锁：该锁会让内核见车每一个IO函数，验证调用进程是否违背了正在访问的文件上的某一把锁。

　　　　1）打开方式：对特定文件打开其设置组ID位，关闭组执行位（无法理解）。

　　　　2）建议锁的含义？

　　　　3）强制性锁存在缺陷，是可以避开的。

4：其他。

　　1，轮询：一段时间，调用一次期望的进程/函数。

　　　　1）多任务系统中，尽量避免使用此方法。

　　2，BSD派生系统中，异步IO是信号SIGIO 和 SIGURG 的组合。

　　　　1）SIGIO：通用异步IO信号。

　　　　2）SIGURG：通知进程网络连接上的带外数据已经到达。

二、相关函数。

1：多路转接IO

<sys/select.h>
1 多路转接的查询函数。
　　int select( int maxfdp1, fd_set *restrict readfds, fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict exceptfds, struct timeval *restrict tvptr );　　
　　// 1 输入：描述符，描述符条件（读/写/异常），等待时间。
　　// 2 输出：描述符总量，已准备好的描述符条件
　　// 3 参数tvptr： ==NULL 永远等待， ==0 不等待， !=0 等待具体时间。无const，无法保证不被修改。。
　　// 4 fd_set类型参数（写/读/异常条件）： 当参数==NULL时，表示不关心此参数。
　　// 5 参数maxfdp1：最大文件描述符编号+1.
　　// 6 返回值：出错-1，0 表示没准备好的描述符， >0 已准备好的描述符数之和。
　　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，并超时值无法改变。
　　// 2 可使用 信号屏蔽字。
　　int poll( struct pollfd fdarray[], nfds_t nfds, int timeout );
　　// 1 将我们感兴趣的描述符写进 pollfd 数组中。
　　// 2 参数 nfds：指定数组元素个数。
　　// 3 参数timeout：-1 永远等待，0 不等待，>0 等待具体时间。
2 数据类型 fd_set 的处理函数/宏（取决于实现成函数，还是宏）。
　　int FD_ISSET( int fd, fd_set *fdset );  // 指定位是否已打开。
　　void FD_CLR( int fd, fd_set *fdset );   // 清除某一个位。
　　void FD_SET( int fd, fd_set *fdset );   // 设置某一个位。
　　void FD_ZERO( fd_set *fdset );          // 所有位设置为0。
　　// 1 fd_set类型中，一个文件描述符占据一位。通常来说 位上置1 表示条件满足（不确定具体系统实现）。
3 数据类型 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 如果使用此结构，需要直到具体的event返回值的含义

2：POSIX异步IO

1 AIO控制块基本结构（具体系统可在标准上添加）
　　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 基本读写操作。
　　int aio_read( struct aiocb * aiocb );
　　int aio_write( struct aiocb * aiocb );
3 强制等待的异步操作直接写入。
　　int aio_fsync( int op, struct aiocb *aiocb );   // !!!具体功能未完全确认!!!
　　// 1 op参数有两个选择：O_DSYNC---fdatasync, O_SYNC---fsync
4 获取一个操作完成状态。
　　int aio_error( const struct aiocb *aiocb );
　　// 1 返回值：0 成功，-1失败 errno中保存错误信息，EINPROGRESS 操作等待中，
5 如果成功，获取异步操作返回值。
　　ssize_t aio_return( const struct aiocb *aiocb );
　　// 1 调用一次后，系统就清除返回值。
6 进程只剩异步操作未完成，可以通过此函数阻塞进程。直到异步操作完成。
　　int aio_suspend( const struct aiocb *const list[], int nent, const struct timespec *timeout );
7 取消等待的异步操作。
　　int aio_cancel( int fd, struct aiocb *aiocb );   // 仅发出取消命令，并不代表一定取消。
　　// 1 返回值：AIO_ALLDONE 所有操作已完成，不需要取消, AIO_CANCELED 成功, AIO_NOTCANCELED 最少有一个操作没被取消, -1 调用失败，错误保存在errno
8 提交一个 AIO控制块的 列表
　　int lio_listio( int mode, struct aiocb *restrict const list[ restrict ], int nent, struct sigevent *restrict sigev );
　　// 1 参数mode：LIO_WAIT, LIO_NOWAIT

3：储存映射IO。

1 将给定文件映射到储存区域。
　　void *nmap( void *addr, size_t len, int prot, int flag, int fd, off_t off );
　　// 1 参数addr：指定映射区域的起始地址。设置为0得到最大的可移植性。
　　// 2 参数prot：储存区的权限（读/写/执行）
　　// 3 参数flag：MAP_FIXED,MAP_SHARED,MAP_PRIVATE.
2 更改映射权限。
　　int mprotect( void *addr, size_t len, int prot );
3 将储存区数据写入被映射文件。
　　int msync( void *addr, size_t len, int flags );
　　// 1 参数flags：MS_ASYNC, MS_SYNC
4 解除映射区。
　　int munmap( void *addr, size_t len );  // 调用此函数，不会使储存区数据写入文件

4：多种读写函数。

1 读/写 多个缓冲区
　　ssize_t readv( int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt );
　　ssize_t writev( int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt );
　　// 1 参数iovcnt：读取缓冲区的个数。
2 按照需求 读/写 N个字节的数据
　　ssize_t readn( int fd, void *buf, size_t nbytes );
　　ssize_t writen( int fd, void *buf, size_t nbytes );

5：记录锁

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

struct flock
{
　　short l_type;    // F_RDLCK(共享读锁), F_WRLCK(独占写锁), F_UNLCK(解锁一个区域)
　　short l_whence;  // 加/解锁区域的起始字节偏移量。可选值：SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END
　　off_t l_start;   // 加/解锁区域的起始字节偏移量。
　　off_t l_len;     // 区域字节长度.等于0时，表示可以添加为最大偏移量，而不是0。
　　pid_t l_pid;     // 当前进程ID（cmd == F_GETLK 时）
}
// 1 对于记录锁，参数cmd是： F_GETLK(获取锁状态), F_SETLK(设置锁), F_SETLKW(设置锁的阻塞版，W==wait)。
// 2 参数flockptr时记录锁的一个结构体。
// 3 使用参数cmd 获取/设置锁 的操作都不是原子操作。

三、