linux的IO编程
在Linux操作系统中,I/O(Input/Output)编程是系统编程的重要组成部分,它涉及到进程与外部设备之间的数据传输。Linux提供了多种I/O模型,包括同步I/O、异步I/O、阻塞I/O和非阻塞I/O,以及更高级的I/O复用技术如 select、poll 和 epoll。以下是对这些内容的详细阐述: 1. **同步I/O与异步I/O** 同步I/O操作意味着执行I/O操作的进程必须等待该操作完成才能继续执行。相反,异步I/O允许进程在I/O操作进行时继续执行其他任务,当I/O完成时,系统会通过信号或回调函数通知进程。 2. **阻塞I/O与非阻塞I/O** 阻塞I/O模式下,如果设备未准备好数据,进程会被挂起,直到数据可用。而非阻塞I/O则不会挂起进程,而是立即返回一个错误状态,让进程可以执行其他任务,然后通过轮询或I/O事件通知来检查数据是否准备就绪。 3. **select** select函数允许程序监视多个文件描述符,等待至少一个描述符准备就绪(可读、可写或有异常)。但是,select的缺点在于它有一个最大可监视文件描述符数量的限制,并且在调用时会阻塞整个进程。 4. **poll** poll是select的增强版,消除了文件描述符数量的限制。它使用结构体数组来保存待监视的文件描述符,使得处理大量描述符变得更加高效。 5. **epoll** epoll是Linux特有的I/O复用机制,提供了更高效、更灵活的接口。epoll支持水平触发和边缘触发两种模式,其中边缘触发能避免不必要的轮询,提高性能。epoll还引入了内核对象,可以实现批量添加、删除和查询文件描述符,减少系统调用次数。 6. **缓冲I/O与直接I/O** Linux中的标准I/O库(stdio.h)提供了缓冲I/O,数据在用户空间和内核空间之间有一个缓冲区,减少了系统调用的次数。直接I/O绕过了用户空间的缓冲,直接在内核空间和硬件之间传输数据,适用于高性能的I/O操作。 7. ** aio(异步I/O)** AIO是POSIX标准定义的一种异步I/O接口,但Linux的实现并不完善。Linux提供了一个替代方案,即上述的epoll配合非阻塞I/O来模拟异步I/O行为。 8. **管道和FIFO** 管道和FIFO(有名管道)是进程间通信(IPC)的一种方式,允许无亲缘关系的进程共享数据。管道是半双工的,而FIFO可以实现全双工通信。 9. **套接字I/O** 套接字是网络通信的基础,Linux中的套接字API支持流式(SOCK_STREAM,如TCP)和数据报(SOCK_DGRAM,如UDP)两种类型。套接字I/O通常结合上述的I/O复用技术使用,以实现高效的网络编程。 10. **信号驱动I/O** 在Linux中,可以使用SIGIO信号来实现信号驱动I/O。当指定的I/O事件发生时,系统发送SIGIO信号给进程,从而实现异步I/O。 这些知识点构成了Linux I/O编程的核心,理解和熟练掌握它们对于进行高效、可靠的系统级编程至关重要。通过阅读“linux的IO编程(新版).pdf”,你应该能够深入理解这些概念,并学会如何在实际项目中应用它们。