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Linux下的read,write函数

嵌入式 | 发布时间:2018-06-06 | 人气: | #评论# | 本文关键字:Linux,函数,read,write
摘要:首先: recv和read特别像: recv函数只能用于套接口IO,不能用于文件IO和其他IO Int recv(int fd,void *buf,int len,int flags) Int send(int fd,void *buf,int len,int flags) 前面的三个参数和read、write函数是一样的。第

首先:recv和read特别像:recv函数只能用于套接口IO,不能用于文件IO和其他IO

  Int recv(int fd,void *buf,int len,int flags)

    Int send(int fd,void *buf,int len,int flags)

    前面的三个参数和read、write函数是一样的。第四个参数可以是0或者是一下组合:

    MSG_DONTROUTE:不查找表

    是send函数使用的标志,这个标志告诉IP,目的主机在本地网络上,没有必要查找表,这个标志一般用在网络诊断和路由程序里面。

    MSG_OOB:接受或者发生带外数据(tcp报文端中就有一个关于紧急指针的,类似于中断那样的)

    表示可以接收和发送带外数据。

    MSG_PEEK:查看数据,并不从系统缓冲区移走数据

    是recv函数使用的标志,表示只是从系统缓冲区中读取内容,而不清楚系统缓冲区的内容。这样在下次读取的时候,依然是一样的内容,一般在有过个进程读写数据的时候使用这个标志。

    MSG_WAITALL:等待所有数据

    是recv函数的使用标志,表示等到所有的信息到达时才返回,使用这个标志的时候,recv返回一直阻塞,直到指定的条件满足时,或者是发生了错误。

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。比如用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。

现在明确一下阻塞(Block)这个概念。当进程调用一个阻塞的系统函数时,该进程被置于睡眠(Sleep)状态,这时内核调度其它进程运行,直到该进程等待的事件发生了(比如网络上接收到数据包,或者调用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。

例 28.2. 阻塞读终端

#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);
   return 0;  }

执行结果如下:

$ ./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。

非阻塞I/O有一个缺点,如果所有设备都一直没有数据到达,调用者需要反复查询做无用功,如果阻塞在那里,操作系统可以调度别的进程执行,就不会做无用功了。在使用非阻塞I/O时,通常不会在一个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);
  }

这样做的问题是,设备1有数据到达时可能不能及时处理,最长需延迟n秒才能处理,而且反复查询还是做了很多无用功。以后要学习的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。

以下是一个非阻塞I/O的例子。目前我们学过的可能引起阻塞的设备只有终端,所以我们用终端来做这个实验。程序开始执行时在0、1、2文件描述符上自动打开的文件就是终端,但是没有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。

例 28.3. 非阻塞读终端

#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;
  }

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

#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);
   return 0;
  }
责任编辑:函数
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