Linux高级IO操作:非阻塞、阻塞、多路复用与异步IO解析
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更新于2024-08-05
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"本资源主要回顾了Linux系统中的高级IO操作,包括IOCioctl函数接口、Proc文件目录在驱动中的作用、非阻塞IO、阻塞IO、IO的多路复用以及异步IO。"
在Linux系统编程中,高级IO操作涉及到更复杂的数据交互方式,以下是对各知识点的详细说明:
4.1 IOCioctl函数接口
IOC(Input/Output Control)ioctl函数是Linux内核提供的一种通用接口,用于设备驱动程序与用户空间之间的通信,执行设备特定的操作。它允许程序员执行无法通过标准的read和write操作完成的任务,如配置设备参数、查询设备状态等。
4.2 Proc文件系统
Proc文件系统(ProcFS)在Linux中起到了一个桥梁的作用,它是一个伪文件系统,用于将内核数据结构以文本文件的形式暴露给用户空间。通过访问/proc目录下的文件,用户可以获取或修改内核状态,如设备驱动的功能状态,而无需直接操作硬件。
4.3 非阻塞IO
非阻塞IO模式下,当尝试访问的资源不可用时,系统不会挂起进程,而是立即返回一个错误(如EAGAIN)。这样做的优点是用户程序可以快速响应错误,避免了不必要的等待。但缺点是,频繁检查资源状态可能导致CPU利用率提高,影响系统整体性能。
4.4 阻塞IO
阻塞IO模式下,如果资源不可用,进程会被挂起到等待队列中,直到资源变为可用。这种模式在Linux中是默认的IO方式,优点是节省CPU资源,因为挂起的进程不会占用CPU。然而,当发生错误时,用户程序通常无法感知,直到资源变为可用。
4.5 IO的多路复用
多路复用IO,如poll函数,允许同时监控多个文件描述符,等待它们准备好进行IO操作。例如,当一个键盘驱动和一个串口驱动并行工作时,poll可以帮助协调两个可能的阻塞点。poll函数接收一个文件描述符列表,当任一描述符准备好事件(如POLLIN或POLLOUT)时,会唤醒等待的进程。
4.6 异步IO
异步IO模型中,IO操作的发起和完成是分离的,这意味着调用IO操作的进程不会被阻塞,而是在IO操作完成后由内核通知。在Linux中,可以使用aio库(如libaio)进行异步读写。这种方式将阻塞发生在驱动层面,提高了程序的并发性和效率,但编程模型相对复杂。
这些高级IO操作是系统编程和驱动开发的关键组成部分,理解并熟练运用它们能帮助开发者优化程序性能,处理复杂的并发和资源管理问题。
2018-06-07 上传
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