【Linux基础】多路复用

前面的fcntl函数解决了文件的共享问题，接下来该处理I/O复用的情况了。

总的来说，I/O处理的模型有5种。

阻塞I/O模型：在这种模型下，若所调用的I/O函数没有完成相关的功能就会使进程挂起，直到相关数据到才会出错返回。如常见对管道设备、终端设备和网络设备进行读写时经常会出现这种情况。

非阻塞模型：在这种模型下，当请求的I/O操作不能完成时，则不让进程睡眠，而且返回一个错误。非阻塞I/O使用户可以调用不会永远阻塞的I/O操作，如open、write和read。如果该操作不能完成，则会立即出错返回，且表示该I/O如果该操作继续执行就会阻塞。

I/O多路转接模型：在这种模型下，如果请求的I/O操作阻塞，且它不是真正阻塞I/O，而是让其中的一个函数等待，在这期间，I/O还能进行其他操作。如本节要介绍的select函数和poll函数，就是属于这种模型。

信号驱动I/O模型：在这种模型下，通过安装一个信号处理程序，系统可以自动捕获特定信号的到来，从而启动I/O。这是由内核通知用户何时可以启动一个I/O操作决定的。

异步I/O模型：在这种模型下，当一个描述符已准备好，可以启动I/O时，进程会通知内核。现在，并不是所有的系统都支持这种模型。

可以看到，select的I/O多路转接模型是处理I/O复用的一个高效的方法。它可以具体设置每一个所关心的文件描述符的条件、希望等待的时间等，从select函数返回时，内核会通知用户已准备好的文件描述符的数量、已准备好的条件等。通过使用select返回值，就可以调用相应的I/O处理函数了。

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思考：如何确定被监视的文件描述符的最大值？

可以看到，select()函数根据希望进行的文件操作对文件描述符进行了分类处理，这里，对文件描述符的处理主要涉及4个宏函数，如表   所示

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一般来说，在使用select函数之前，首先使用FD_ZERO和FD_SET来初始化文件描述符集，在使用了select函数时，可循环使用FD_ISSET测试描述符集，在执行完对相关后文件描述符后，使用FD_CLR来清除描述符集。

另外，select函数中的timeout是一个struct timeval类型的指针，该结构体如下所示：

Struct timeval{

long tv_sec;/*second*/

long tv_unsec; /*andmicroseconds*/

}

可以看到，这个时间结构体的精确度可以设置到微秒级，这对于大多数的应用而言已经足够了。

3.     使用实例

程序功能：首先用mknod命令（mknod in1 p）手动创建2个管道文件，通过调用select（）函数来监听3个终端的输入（标准输入和2个管道文件）。以两个管道作为数据输入，主程序从两个管道文件读取字符串并写入到标准输出文件（屏幕）。

程序说明：

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程序代码：

/* multiplex_select.c */

#include <fcntl.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <time.h>

#include <errno.h>

#define MAX_BUFFER_SIZE     1024          /*缓冲区大小*/

#define IN_FILES     3          /*多路复用输入文件数目*/

#define TIME_DELAY       60         /*超时时间秒数 */

#define MAX(a, b)    ((a > b)?(a)b))

int main(void)

{

    int fds[IN_FILES];

    char buf[MAX_BUFFER_SIZE];

    int i, res, real_read, maxfd;

    struct timeval tv;

    fd_set inset, tmp_inset;

   

    /*首先按一定的权限打开两个源文件*/

    fds[0] = 0;

   

    if((fds[1] = open ("in1", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)

    {

       printf("Open in1 error\n");

       return 1;

    }

           

    if((fds[2] = open ("in2", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)

    {

       printf("Open in2 error\n");

       return 1;

    }

    /*取出两个文件描述符中的较大者*/

    maxfd = MAX(MAX(fds[0], fds[1]), fds[2]);

   

    /*初始化读集合inset，并在读集合中加入相应的描述集*/

    FD_ZERO(&inset);

    for (i = 0; i < IN_FILES; i++)

    {

        FD_SET(fds, &inset);

    }

    FD_SET(0, &inset);

    tv.tv_sec = TIME_DELAY;

    tv.tv_usec = 0;

   

    /*循环测试该文件描述符是否准备就绪，并调用select函数对相关文件描述符做对应操作*/

    while(FD_ISSET(fds[0],&inset) || FD_ISSET(fds[1],&inset) || FD_ISSET(fds[2], &inset))

    {

        tmp_inset = inset;

        res = select(maxfd + 1, &tmp_inset, NULL, NULL, &tv);

       

        switch(res)

        {

           case -1:

           {

               printf("Select error\n");

               return 1;

           }

           break;

          

           case 0: /* Timeout */

           {

               printf("Time out\n");

               return 1;

           }         

           break;

          

           default:

           {

               for (i = 0; i < IN_FILES; i++)

               {

                  if (FD_ISSET(fds, &tmp_inset))

                  {

                      memset(buf, 0, MAX_BUFFER_SIZE);

                      real_read = read(fds, buf, MAX_BUFFER_SIZE);

              

                      if (real_read < 0)

                      {

                         if (errno != EAGAIN)

                         {

                             return 1;

                         }

                      }

                      else if (!real_read)

                      {

                         close(fds);

                         FD_CLR(fds, &inset);

                       }

                      else

                      {

                         if (i == 0)

                         {

                             if ((buf[0] == 'q') || (buf[0] == 'Q'))

                             {

                                return 1;

                             }

                         }

                         else

                         {

                             buf[real_read] = '\0';

                             printf("%s", buf);

                         }

                      }

                  } /* end of if */                  

               } /* end of for */

           }

           break;        

          

        } /* end of switch */      

    } /*end of while */

   

    exit(0);

}

读者可以将以上程序交叉编译，并下载到开发板上运行。以下是运行结果：

# mknod in1 p

# mknod in2 p

在管道1的终端中输入：

# cat>in1

12345

在管道2的终端中输入：

# cat>in2

abcde

在标准输入终端中可以看到：

# ./multiplex_select

12345

abcde

本文转载于唯C教育，【Linux基础】多路复用
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(出处: http://www.weicedu.com/)