高级I/O之非阻塞I/O

http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3515035.html中曾将系统调用分成“低速”系统调用和其他系统调用两类。低速系统调用是可能会使进程永远阻塞的一类系统调用，它们包括下列调用：

• 如果某些文件类型（例如管道、终端设备和网络设备）的数据并不存在，则读操作可能会使调用者永远阻塞。
• 如果数据不能立即被上述同样类型的文件接受（由于在管道中无空间、网络流控制等），则写操作也会使调用者永远阻塞。
• 在某种条件发生之前，打开某些类型的文件会被阻塞（例如打开一个终端设备可能需等到与之连接的调制解调器应答；又例如在没有其他进程已用读模式打开该FIFO时，若以只写模式打开FIFO，那么也要等待）。
• 对已经加上强制性记录锁的文件进行读、写。
• 某些ioctl操作。
• 某些进程间通信函数。

虽然读、写磁盘文件会使调用者在短暂时间内阻塞，但并不能将与磁盘I/O有关的系统调用视为“低速”。

非阻塞I/O使我们可以调用open、read和write这样的I/O操作，并使这些操作不会永远阻塞。如果这种操作不能完成，则调用立即出错返回，表示该操作如继续执行将阻塞。

对于一个给定的描述符有两种方法对其指定非阻塞I/O：

（1）如果调用open获得描述符，则可指定O_NONBLOCK标志（http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3497789.html）。

（2）对于已经打开的一个描述符，则可调用fcntl，由该函数打开O_NONBLOCK文件状态标志（http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3500350.html，其中，程序清单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）。

系统V的早期版本使用标志O_NDELAY指定非阻塞方式。在这些版本中，如果无数据可读，则read返回值0。而UNIX系统又常将read返回值0解释为文件结束，两者有所混淆。因此POSIX.1提供了一个名字和语义都与O_NDELAY不同的非阻塞标志。确实，在系统V的早期版本中，当从read得到返回值0时，我们并不知道该调用是否阻塞了或已到文件结尾处。POSIX.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被设置为EAGAIN。系统V派生的某些平台支持较老的O_NDELAY和POSIX.1的O_NONBLOCK两者。O_NDELAY只是为了向后兼容，不应在新应用程序中使用。

4.3BSD为fcntl提供了FNDELAY标志，其语义也稍有区别。它不只影响描述符的文件状态标志，还将终端设备或套接字的标志更改成非阻塞的，因此不仅影响共享同一文件表项的用户，而且对终端或套接字的所有用户其作用。另外，如果对一个非阻塞描述符的操作不能无阻塞地完成，那么4.3BSD返回EWOULDBLOCK。现今，基于BSD的系统提供POSIX.1的O_NONBLOCK标志，并且将EWOULDBLOCK定义为与POSIX.1的EAGAIN相同。这些系统提供与其他依从POSIX系统相一致的非阻塞语义。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（参加图3-1http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3498509.html和图3-3http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3498736.html）。

实例

程序清单14-1是一个非阻塞I/O的实例，它从标准输入读500 000字节，并试图将它们写到标准输出上。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，每次write调用的结果都在标准出错上打印。函数clr-fl类似于程序清单3-5（http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3500350.html）中的set_fl，但与set_fl的功能相反，它清除1个或多个标志位。

程序清单14-1 长的非阻塞write

#include "apue.h"
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>

char     buf[500000];

extern void set_fl(int, int);
extern void clr_fl(int, int);

int
main(void)
{
    int    ntowrite, nwrite;
    char    *ptr;

    ntowrite = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
    fprintf(stderr, "read %d bytes\n", ntowrite);

    set_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK);    /* set nonblocking */

    ptr = buf;
    while(ntowrite > 0)                   /* 这种形式的循环称为轮循，在多用户系统上它浪费了CPU时间。*/
    {
        errno = 0;
        nwrite = write(STDOUT_FILENO, ptr, ntowrite);
        fprintf(stderr, "nwrite = %d, errno = %d\n", nwrite, errno);

        if(nwrite > 0)
        {
            ptr += nwrite;
            ntowrite -= nwrite;
        }
    }
    clr_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK);    /* clear nonblocking */

    exit(0);
}

本篇博文内容摘自《UNIX环境高级编程》（第二版），仅作个人学习记录所用。关于本书可参考：http://www.apuebook.com/。