📄 12.htm
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<title>C:\WINDOWS\Desktop\UnixProg\7.htm</title>
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<font SIZE="2">
<h1 align="center">第十二章 高级I/O </h1>
<p>12.1 引言 </p>
<p>本章内容包括：非阻塞I/O、记录锁、系统V流机制、I/O多路转接（select和poll
</p>
<p>函数）、readv和writev函数，以及存储映照I/O（mmap）。在第十四章、十五章中
</p>
<p>说明的进程间通信，以及以后各章中的很多实例都要使用本章所述的概念和函数。
</p>
<p>12.2 非阻塞I/O </p>
<p>在10.5节中曾将系统调用分成两类：低速系统调用和其它。低速系统调用是可能会
</p>
<p>使进程永远阻塞的一类系统调用： </p>
<p>l
如果数据并不存在，则读文件可能会使调用者永远阻塞（例如读管道，终端设备
</p>
<p>和网络设备）。 </p>
<p>l
如果数据不能立即被接受，则写这些同样的文件也会使调用者永远阻塞。
</p>
<p>l
在某些条件发生之前，打开文件会被阻塞（例如打开一个终端设备可能需等待到
</p>
<p>一个连接的调制解调器应答；又例如若以只写方式打开FIFO，那么在没有其它进程
</p>
<p>已用读方式打开该FIFO时也要等待）。 </p>
<p>l 对已经加上了强制性记录锁的文件进行读、写。 </p>
<p>l 某些ioctl操作。 </p>
<p>l 某些进程间通信函数（第十四章）。 </p>
<p>虽然读、写磁盘文件会使调用在短暂时间内阻塞，但并不能将它们视为"低速"。
</p>
<p>非阻塞I/O使我们可以调用不会永远阻塞的I/O操作，例如open,read和write。如果
</p>
<p>这种操作不能完成，则立即出错返回，表示该操作如继续执行将继续阻塞下去。
</p>
<p>对于一个给定的描述符有两种方法对其指定非阻塞I/O： </p>
<p>1. 如果是调用open以获得该描述符，则可指定O_NONBLOCK标志（3.3节）。
</p>
<p>2. 对于已经打开的一个描述符，则可调用fcntl，对其打开O_NONBOCK文件状态标
</p>
<p>志（3.13节）。在程序3.5中的函数可用来为一个描述符打开任一文件状态标志。
</p>
<p>早期的系统V版本使用标志O_NDELAY指定非阻塞方式。在这些版本中，如果无数据
</p>
<p>可读，则read返回值0。而Unix又常将read的返回值0解释为文件结束，两者有所混
</p>
<p>淆。PISIX.1则提供了一个非阻塞标志，它的名字和语义都与O_NDELAY不同。PISI
</p>
<p>X.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，并且errno被
</p>
<p>设置为EAGAIN。SVR4支持较老的O_NDELAY和POSIX.1的O_NONBLOCK，但在本书的实
</p>
<p>例中只使用POSIX.1规定的特征。O_NDELAY是为了向后兼容性，不应在新应用程序
</p>
<p>中使用。 </p>
<p>4.3BSD为fcntl提供FNDELAY标志，其语义也稍有区别。它不只影响该描述符的文件
</p>
<p>状态标志，它将终端设备或套接口的标志更改成非阻塞的，因此影响了终端或套接
</p>
<p>口的所有用户，不只是影响共享同一文件表项的用户（4.3BSD非阻塞I/O只对终端
</p>
<p>和套接口起作用）。如果对一个非阻塞描述符的操作不能无阻塞地完成，那么4.3
</p>
<p>BSD返回EWOULDBLOCK。4.3+BSD提供POSIX.1的O_NONBLOCK标志，但其语义却类似于
</p>
<p>4.3BSD的FNDELAY。非阻塞I/O通常用来处理终端设备或网络连接，而这些设备通常
</p>
<p>一次由一个进程使用。这就意味着BSD语义的更改通常不会影响我们。出错返回EW
</p>
<p>OULDBLOCK而不是POSIX.1的EAGAIN，这造成了可移植性问题，我们必须处理这一问
</p>
<p>题。4.3+BSD也支持FIFO，非阻塞I/O也对FIFO起作用。 </p>
<p>实例 </p>
<p>程序12.1是一个非阻塞I/O的实例，它从标准输入读100，000字节，并试图将它们
</p>
<p>写到标准输出上。该程序先将标准输出设置为非阻塞的，然后用for循环进行输出
</p>
<p>，每次写的结果都在标准出错上打印。函数ctl-f1类似于程序3.5中的set-f1，但
</p>
<p>与set-f1的功能相反，它清除1个或多个标志位。 </p>
<p>#include <sys/types.h> </p>
<p>#include <errno.h> </p>
<p>#include <fcntl.h> </p>
<p>#include "ourhdr.h" </p>
<p>char buf[100000]; </p>
<p>int </p>
<p>main(void) </p>
<p>{ </p>
<p>int ntowrite, nwrite; </p>
<p>char *ptr; </p>
<p>ntowrite = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf)); </p>
<p>fprintf(stderr, "read %d bytes\n", ntowrite); </p>
<p>set_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK); /* set nonblocking */ </p>
<p>for (ptr = buf; ntowrite > 0; ) { </p>
<p>errno = 0; </p>
<p>nwrite = write(STDOUT_FILENO, ptr, ntowrite); </p>
<p>fprintf(stderr, "nwrite = %d, errno = %d\n", nwrite, errno); </p>
<p>if (nwrite > 0) { </p>
<p>ptr += nwrite; </p>
<p>ntowrite -= nwrite; </p>
<p>} </p>
<p>} </p>
<p>clr_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK); /* clear nonblocking */ </p>
<p>exit(0); </p>
<p>} </p>
<p>程序12.1 长的非阻塞写 </p>
<p>若标准输出是普通文件，则可以期望write只执行一次。 </p>
<p>$ ls -l /etc/termcap </p>
<p>印文件长度 </p>
<p>-rw-rw-r-1 root 133439 Oct 11 1990 /etc/termcap </p>
<p>$a.out < /etc/termcap >temp.file 先试一普 </p>
<p>文件 </p>
<p>read 100000 bytes </p>
<p>nwrite-100000, errno=0 一次写 </p>
<p>$ls -l temp.file </p>
<p>验输出文件长度 </p>
<p>-rw-rw-r-1 stevens 100000 Nev 21 16:27 temp.file </p>
<p>但是，若标准输出是终端，则可期望write有时会返回一个数字，有时则出错返回
</p>
<p>。下面是在一个系统上运行程序12.1的结果： </p>
<p>$ a.out < /etc/termcap 2>stderr.out 向终端输出 </p>
<p>大量输出至终端 </p>
<p>$ cat stderr.out </p>
<p>read 100000 bytes </p>
<p>nwrite=8192, errno=0 </p>
<p>nwrite=8192, errno=0 </p>
<p>nwrite=-1, errno=11 </p>
<p>庵执?11次 </p>
<p>… </p>
<p>nwrite=4096,errno=0 </p>
<p>nwrite=-1, errno=11 </p>
<p>庵执?98次 </p>
<p>… </p>
<p>nwrite=4096,errno=0 </p>
<p>nwrite=-1, errno=11 </p>
<p>庵执?04次 </p>
<p>… </p>
<p>nwrite=4096,errno=0 </p>
<p>nwrite=-1, errno=11 </p>
<p>庵执?047次 </p>
<p>… </p>
<p>nwrite=-1, errno=11 </p>
<p>庵执?046次 </p>
<p>… </p>
<p>nwrite=4096,errno=0 …等等 </p>
<p>在该系统上，errno11是EAGAIN。此系统上的终端驱动程序总是一次接收4096或81
</p>
<p>92字节。在另一个系统上，前三个write返回2005，1822和1811，然后是96次出错
</p>
<p>返回，接着是返回1864等等。 </p>
<p>每个write能写多少字节是依赖于系统的。 </p>
<p>此程序在SVR中运行，则其结果完全不同于前面的情况。当输出到终端上时，输出
</p>
<p>该整个输入文件只需要一个write。显然，非阻塞方式并不构成区别。创建了一个
</p>
<p>较大的输入文件，并且系统为运行该程序增加了程序缓存。程序的这种运行方式（
</p>
<p>即输出一整个文件，只调用一次write）一直继续到输入文件长度到达约700，000
</p>
<p>字节。到达此长度后，每一个write都返回出错EAGAIN。（输入文件则决不会再输
</p>
<p>出到终端上-该程序只是连续地产生出错消息流。） </p>
<p>所以发生这种情况是因为：在SVR4中终端驱动程序通过流I/O系统连接到程序。（
</p>
<p>12.4节将详细说明流。）流系统有它自己的缓存，它一次能从程序接收更多的数据
</p>
<p>。SVR4的行为也依赖于终端类型-硬连线终端、控制台设备或伪终端。
</p>
<p>在此实例中，程序发出了数千个write调用，但是只有20个左右是真正输出数据的
</p>
<p>，其余的则出错返回。这种形式的循环称为轮询，在多用户系统上它浪费了CPU时
</p>
<p>间。在12.5节中，我们将会看到对于非阻塞描述符的I/O，多路转接是进行这种操
</p>
<p>作的更加有效的方法。 </p>
<p>在第十七章，我们将会用到非阻塞I/O，那时我们要输出到终端设备（PostScript
</p>
<p>打印机）而且不希望在write上阻塞。 </p>
<p>12.3 记录锁（Record Locking） </p>
<p>当两个人同时编辑一个文件时，其后果将如何呢？在很多Unix系统中，该文件的最
</p>
<p>后状态取决于写该文件的最后一个进程。但是对于有些应用程序，例如数据库，有
</p>
<p>时进程需要确保它正在单独写一个文件。为了向进程提供这种能力，较新的Unix系
</p>
<p>统提供了记录锁机制。（在第十六章中包含了使用记录锁的数据库子程序库。）
</p>
<p>记录锁机制的功能是：一个进程正在读或修改文件的某个部分时，可以阻止其它进
</p>
<p>程修改同一文件区。对于Unix，"记录"这个定语也是误用，因为Unix系统核根本没
</p>
<p>有使用文件记录这种概念。一个更适合的术语可能是"区域锁"，因为它锁定的只是
</p>
<p>文件的一个区域（也可能是整个文件）。 </p>
<p>历史 </p>
<p>图12.1 示出了各种Unix系统提供的不同形式的记录锁。 </p>
<p>图12.1 各种Unix系统支持的记录锁形式 </p>
<p>在本节的最后部分将说明建议性锁和强制性锁之间的区别。POSIX.1选择了以fcnt
</p>
<p>l函数为基础的系统Ｖ风格的记录锁。这种风格也得到４.３BSD Reno版本的支持
</p>
<p>。 </p>
<p>早期的贝克莱版只支持BSD flock函数。此函数只锁整个文件，而不锁文件中的一
</p>
<p>个区域。但是POSIX.1的fcntl函数可以锁文件中的任一区域，大至整个文件，小至
</p>
<p>单个字节。 </p>
<p>在本书中只说明POSIX.1的fcntl锁。系统V的lockf函数只是fcntl函数的一个界面
</p>
<p>。 </p>
<p>记录锁是1980年由John Bass最早加到Version7上的。系统核中相应系统 </p>
<p>调用入 </p>
<p>口表项是名为locking的函数。此函数提供了强制性记录锁功能，它传到
</p>
<p>了很多制 </p>
<p>造商的系统III版本。Xenix系统采用了此函数，SVR4在Xenix兼容库中仍 </p>
<p>旧支 </p>
<p>持该函数。 </p>
<p>SVR2是系统V中第一个支持fcntl风格记录锁的版本（1984）。 </p>
<p>fcntl记录锁 </p>
<p>3.13节中已经给出了fcntl函数的原型，为了叙说方便，这里再重复一次。
</p>
<p>_______________________________________________________________________ </p>
<p>________ </p>
<p>#include <sys/types.h> </p>
<p>#include <unistd.h> </p>
<p>#include <fcnt1.h> </p>
<p>int fcnt1(int filedes,int cmd,…/* struct flock *flockptr */); </p>
<p>返回：若成功依赖于cmd（见下），? </p>
<p>错为-1 </p>
<p>_______________________________________________________________________ </p>
<p>________ </p>
<p>对于记录锁，cmd是F_GETLK、F_SETLK或F_SETLKW。第三个参数（我们将其称为fl
</p>
<p>ockptr）是一个指向flock结构的指针。 </p>
<p>Struct flock{ </p>
<p>short l_type; /* F_RDLCK,F_WRLCK, 或 F_UNLCK */ </p>
<p>off_t l_start; /*相对于l_whence的字节位移量*/ </p>
<p>short l_whence /SEEK_SET,SEEK_CUR,或SEEK_END */ </p>
<p>off_t l_len; /*长度（字节），O表示锁至EOF */ </p>
<p>pid_t l_pid; /*随F--FETLK命令返回 </p>
<p>} </p>
<p>flock结构说明： </p>
<p>l 所希望的锁类型：F_RDLCK（共享读锁）、F_WRLCK（独占性写锁）、或F_UNLCK
</p>
<p>（解锁一个区域） </p>
<p>l 要加锁或解锁的区域的起始地址，它由l_stant和l__whence两者决定。l_stat是
</p>
<p>相对位移量（字节），l_whence则决定了相对位移量的起点。这与lseek中的使用
</p>
<p>方法一样。 </p>
<p>l 区域的长度，这由l_len表示。 </p>
<p>关于加锁和解锁区域的说明还要注意下列各点： </p>
<p>l
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