Linux系统调用五、fcntl函数与非阻塞

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🌌文章目录

• • 🚀1. 阻塞与非阻塞概念
  • 🚀2. fcntl函数设置非阻塞

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🚀1. 阻塞与非阻塞概念

阻塞可能会发生在read()函数读取设备、读取管道或读取网络的时候，因为某种情况需要等待，而不会立即返回，叫做阻塞。下面通过read()读设备来演示，比如读输入输出设备 /dev/tty 。

我们先写一个测试函数来看一下阻塞的效果，让read()函数读取标准输入输出设备tty的内容，如果标准输入输出没有内容的话，read()函数就会被阻塞，直到tty有内容了，才会继续执行。

/************************************************************
  >File Name  : read_tty.c
  >Author     : QQ
  >Company    : QQ
  >Create Time: 2022年05月13日 星期五 22时22分00秒
************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int fd = open("/dev/tty", O_RDONLY);
	char buf[100];
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	while(1)
	{
		int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
		printf("read return : %d\n", ret);
		if(ret > 0)
		{
			printf("buf data : %s\n", buf);	
		}	
		printf("test : Because of blocking, not looping.\n");
	}
	close(fd);
	return 0;
}

这里的printf(“test…”)这句话主要是为了证明程序在阻塞，而不是在无限循环，假如程序暂停时没有打印这句话，说明程序还没有执行到这句话。下面编译运行一下，看一下效果。

通过运行结果可以看到，程序会卡住不动，直到我们在标准输入输出设备上输入内容，程序才会执行一个循环，并把我们输入的内容读出来。这就是阻塞，read()因为tty为空读不到内容，所以阻塞等待tty有内容。在这种状态下可以按ctrl+c来发信号退出。

这就是阻塞的效果，阻塞时整个程序卡在那不动，其实是很浪费资源的，下面我们看一下非阻塞的效果。下面先对之前的程序进行改动一下，通过open()函数的O_NONBLOCK参数来实现非阻塞打开文件。

int main()
{
	int fd = open("/dev/tty", O_RDONLY | O_NONBLOCK); /*加O_NONBLOCK参数实现非阻塞*/
	char buf[100];
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	while(1)
	{
		int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
		if(ret < 0)
		{
			perror("read err: ");	/*打印出错信息，read函数返回失败的时候会设置errno*/
		}
		printf("read return : %d\n", ret);
		if(ret > 0)
		{
			printf("buf data : %s\n", buf);	
		}	
		printf("test : Because of blocking, not looping.\n");
		sleep(2); /*睡眠2秒，不然的话会一直刷屏*/
	}
	close(fd);
	return 0;
}

非阻塞的情况下，如果read()函数读取不到内容，那么它不会阻塞在原地，而是会返回失败-1并设置errno 。因为是非阻塞，所以函数体内的循环会一直执行无限循环，所以要加一个睡眠函数，防止刷屏。

执行后可以看到，由于是非阻塞的方式打开tty设备，所以程序一直在循环执行，如果我们不向tty标准输入输出设备输入内容的话，read()会返回-1，并打印出一条出错信息 “Resource temporarily unavailable” ，然后继续执行下一次循环（如果是阻塞的方式打开文件，read()函数读取不到内容会暂停），如果我们输入内容，read()函数会把我们输入的内容读取出来并返回读取的字节数。

🚀2. fcntl函数设置非阻塞

• 包含头文件

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

• 函数原型

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

• 函数功能

  fcntl() performs one of the operations described below on the open file descriptor fd. The operation is determined by cmd. 打开一个文件描述符，操作由cmd来决定。这个函数功能还是很多的，可以通过 man 2 fcntl 来查看。

• 函数参数

  它是一个可变参数的函数，… /* arg */ 的内容取决于cmd，比较常用的两个如下

  • 获取标志：F_GETFL (void) Read the file status flags; arg is ignored. 也就是说，如果cmd选择F_GETFL的话，后面参数可以为void，也就是没有第三个参数
  • 设置标志：F_SETFL (long) Set the file status flags to the value specified by arg. File access mode (O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR) and file creation flags (i.e., O_CREAT, O_EXCL, O_NOCTTY, O_TRUNC) in arg are ignored. On Linux this command can only change the O_APPEND, O_ASYNC, O_DIRECT, O_NOATIME, and O_NONBLOCK flags. 这个的话，如果cmd是F_SETFL，那么后边参数应该是long类型的

• 函数返回值

  F_GETFL Value of flags. 如果我们使用的cmd参数是F_GETFL 那么就会把获取的标志返回出来。实际上，fcntl()函数的返回值也是由cmd参数来决定的，这只是比较常用的一个，更多的返回值可以在man手册查询。

下面我们通过实例来说明这个函数的用法，接上一节的话题，我们可以不在open()打开文件的时候设置非阻塞，而是在程序中使用fcntl()函数来设置非阻塞参数，具体代码如下。

int main()
{
	int fd = open("/dev/tty", O_RDONLY);
	/*第一次调用，使用F_GETFL来获取标志，并通过返回值返回*/
	int flag = fcntl(fd, F_GETFL);
	/*把标志重新设置，通过或运算置非阻塞位*/
	flag |= O_NONBLOCK;
	/*第二次调用，使用F_SETFL参数来设置标志位，把上面修改好的标志在设置回文件*/
	fcntl(fd, F_SETFL, flag);
	char buf[100];
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	while(1)
	{
		int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
		if(ret < 0)
		{
			perror("read err: ");
		}
		printf("read return : %d\n", ret);
		if(ret > 0)
		{
			printf("buf data : %s\n", buf);	
		}	
		printf("test : Because of blocking, not looping.\n");
		sleep(2); 
	}
	close(fd);
	return 0;
}

在这里通过fcntl()函数三行代码也实现了非阻塞打开文件的效果，和上面的open()直接加参数O_NONBLOCK效果是一样的。

这个函数功能是非常多的，这里只介绍用于设置非阻塞这一个功能，其他功能在后面用到时介绍。

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