read/write拥塞与非拥塞
read/write
read
函数从打开的设备或文件中读取数据。#include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); 返回值:成功返回读取的字节数,出错返回-1并设置errno,如果在调read之前已到达文件末尾,则这次read返回0
参数count
是请求读取的字节数,读上来的数据保存在缓冲区buf
中,同时文件的当前读写位置向后移。注意这个读写位置和使用C标准I/O库时的读写位置有可能不同,这个读写位置是记在内核中的,而使用C标准I/O库时的读写位置是用户空间I/O缓冲区中的位置。
但是差别在read每次读的数据是调用者要求的大小,比如调用要求读取10个字节数据,read就会读10个字节数据到数组中,而fread不一样,为了加快读的速度,fread每次都会读比要求更多的数据,然后放到缓冲区中,这样下次再读数据只需要到缓冲区中去取就可以了。
fread每次会读取一个缓冲区大小的数据,32位下一般是4096个字节,相当于调用了read(fd,buf,4096)
比如需要读取512个字节数据,分4次读取,调用read就是:
for(i=0; i<4; ++i)
read(fd,buf,128)
一共有4次系统调用
而fread一次就读取了4096字节放到缓冲区了,所以省事了
fgetc
读一个字节,fgetc
有可能从内核中预读1024个字节到I/O缓冲区中,再返回第一个字节,这时该文件在内核中记录的读写位置是1024,而在FILE
结构体中记录的读写位置是1。注意返回值类型是ssize_t
,表示有符号的size_t
,这样既可以返回正的字节数、0(表示到达文件末尾)也可以返回负值-1(表示出错)。read
函数返回时,返回值说明了buf
中前多少个字节是刚读上来的。有些情况下,实际读到的字节数(返回值)会小于请求读的字节数count
,例如:
读常规文件时,在读到
count
个字节之前已到达文件末尾。例如,距文件末尾还有30个字节而请求读100个字节,则read
返回30,下次read
将返回0。从终端设备读,通常以行为单位,读到换行符就返回了。
从网络读,根据不同的传输层协议和内核缓存机制,返回值可能小于请求的字节数,后面socket编程部分会详细讲解。
write
函数向打开的设备或文件中写数据。
#include <unistd.h> ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 返回值:成功返回写入的字节数,出错返回-1并设置errno
写常规文件时,write
的返回值通常等于请求写的字节数count
,而向终端设备或网络写则不一定。
读常规文件是不会阻塞的,不管读多少字节,read
一定会在有限的时间内返回。从终端设备或网络读则不一定,如果从终端输入的数据没有换行符,调用read
读终端设备就会阻塞,如果网络上没有接收到数据包,调用read
从网络读就会阻塞,至于会阻塞多长时间也是不确定的,如果一直没有数据到达就一直阻塞在那里。同样,写常规文件是不会阻塞的,而向终端设备或网络写则不一定。
sleep
指定的睡眠时间到了)它才有可能继续运行。与睡眠状态相对的是运行(Running)状态,在Linux内核中,处于运行状态的进程分为两种情况:正在被调度执行。CPU处于该进程的上下文环境中,程序计数器(
eip
)里保存着该进程的指令地址,通用寄存器里保存着该进程运算过程的中间结果,正在执行该进程的指令,正在读写该进程的地址空间。就绪状态。该进程不需要等待什么事件发生,随时都可以执行,但CPU暂时还在执行另一个进程,所以该进程在一个就绪队列中等待被内核调度。系统中可能同时有多个就绪的进程,那么该调度谁执行呢?内核的调度算法是基于优先级和时间片的,而且会根据每个进程的运行情况动态调整它的优先级和时间片,让每个进程都能比较公平地得到机会执行,同时要兼顾用户体验,不能让和用户交互的进程响应太慢。
下面这个小程序从终端读数据再写回终端。
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h> int main(void)
{
char buf[10];
int n;
n = read(STDIN_FILENO, buf,10);
if(n <0){
perror("read STDIN_FILENO");
exit(1);
}
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
return0;
}
$ ./a.out hello(回车) hello $ ./a.out hello world(回车) hello worl$ d bash: d: command not found
第一次执行a.out
的结果很正常,而第二次执行的过程有点特殊,现在分析一下:
Shell进程创建
a.out
进程,a.out
进程开始执行,而Shell进程睡眠等待a.out
进程退出。a.out
调用read
时睡眠等待,直到终端设备输入了换行符才从read
返回,read
只读走10个字符,剩下的字符仍然保存在内核的终端设备输入缓冲区中。a.out
进程打印并退出,这时Shell进程恢复运行,Shell继续从终端读取用户输入的命令,于是读走了终端设备输入缓冲区中剩下的字符d和换行符,把它当成一条命令解释执行,结果发现执行不了,没有d这个命令。
如果在open
一个设备时指定了O_NONBLOCK
标志,read
/write
就不会阻塞。以read
为例,如果设备暂时没有数据可读就返回-1,同时置errno
为EWOULDBLOCK
(或者EAGAIN
,这两个宏定义的值相同),表示本来应该阻塞在这里(would block,虚拟语气),事实上并没有阻塞而是直接返回错误,调用者应该试着再读一次(again)。这种行为方式称为轮询(Poll),调用者只是查询一下,而不是阻塞在这里死等,这样可以同时监视多个设备:
while(1) { 非阻塞read(设备1); if(设备1有数据到达) 处理数据; 非阻塞read(设备2); if(设备2有数据到达) 处理数据; ... }
如果read(设备1)
是阻塞的,那么只要设备1没有数据到达就会一直阻塞在设备1的read
调用上,即使设备2有数据到达也不能处理,使用非阻塞I/O就可以避免设备2得不到及时处理。
while
循环中一直不停地查询(这称为Tight Loop),而是每延迟等待一会儿来查询一下,以免做太多无用功,在延迟等待的时候可以调度其它进程执行。while(1) { 非阻塞read(设备1); if(设备1有数据到达) 处理数据; 非阻塞read(设备2); if(设备2有数据到达) 处理数据; ... sleep(n); }
select(2)
函数可以阻塞地同时监视多个设备,还可以设定阻塞等待的超时时间,从而圆满地解决了这个问题。O_NONBLOCK
标志。所以就像例 28.2 “阻塞读终端”一样,读标准输入是阻塞的。我们可以重新打开一遍设备文件/dev/tty
(表示当前终端),在打开时指定O_NONBLOCK
标志。read
读终端设备就会阻塞#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define MSG_TRY "try again\n"
int main(void)
{
char buf[10];
int fd, n;
fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
if(fd<0) {
perror("open /dev/tty");
exit(1);
}
tryagain:
n = read(fd, buf, 10);
if (n < 0) {
if (errno == EAGAIN) {
sleep(1);
write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY));
goto tryagain;
}
perror("read /dev/tty");
exit(1);
}
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
close(fd);
return 0;
}
直到按下回车把之前的输入输出(最多10个),然后停止。
以下是用非阻塞I/O实现等待超时的例子。既保证了超时退出的逻辑又保证了有数据到达时处理延迟较小。
例 28.4. 非阻塞读终端和等待超时
read:既可以返回正的字节数、0(表示到达文件末尾)也可以返回负值-1(表示出错)
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h> #define MSG_TRY "try again\n"
#define MSG_TIMEOUT "timeout\n" int main(void)
{
char buf[10];
int fd, n, i;
fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
if(fd<0){
perror("open /dev/tty");
exit(1);
}
for(i=0; i<5; i++){
n = read(fd, buf,10);
if(n>=0)
break;
if(errno!=EAGAIN){
perror("read /dev/tty");
exit(1);
}
sleep(1);
write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY));
}
if(i==5)
write(STDOUT_FILENO, MSG_TIMEOUT, strlen(MSG_TIMEOUT));
else
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
close(fd);
return0;
}
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