1、非阻塞I/O
对低速设备的I/O操作可能会使进程永久阻塞，这类系统调用主要有如下情况：
（1）如果数据并不存在，则读文件可能会使调用者永远阻塞（例如读管道、终端设备和网络设备）。（2）如果数据不能立即被接受，则写这些同样的文件也会使调用者永远阻塞；（3）在某些条件发生之前，打开文件会被阻塞（例如以只写方式打开一个FIFO，那么在没有其他进程已用读方式打开该FIFO时）；（4）对已经加上强制性锁的文件进行读、写；（5）某些ioctl操作；（6）某些进程间通信函数；非阻塞I/O调用open、read和write等I/O操作函数使上述的慢速系统调用在不能立即完成的情况下，立即出错返回。
对一个给定的描述符有两种方法设置其为非阻塞：
（1）如果是调用open以获得该描述符，则可指定O_NONBLOCK标志；（2）对于已经打开的一个描述符，则可调用fcntl打开O_NONBLOCK文件状态标志（注意：设置文件状态标志的方法）。写个非阻塞I/O的程序，程序功能是从标准输入读入100 000字节，并试图将它们写到标准输出上。
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 8 char buf[100000]; 9 //将描述符设置为阻塞状态10 void set_fl(int fd,int flags)11 {12 int val;13 val = fcntl(fd,F_GETFL,0); //获取描述符14 val |= flags; //添加状态15 fcntl(fd,F_SETFL,val); //设置描述符16 }17 void clr_fl(int fd,int flags)18 {19 int val;20 val = fcntl(fd,F_GETFL,0);21 val &= ~flags; // 取消状态22 fcntl(fd,F_SETFL,val);23 }24 int main()25 {26 int ntowrite,nwrite;27 char *ptr;28 ntowrite = read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));29 fprintf(stderr,"read %d bytes\n",ntowrite);30 set_fl(STDOUT_FILENO,O_NONBLOCK); //设置为阻塞状态31 ptr = buf;32 while(ntowrite > 0)33 {34 errno = 0;35 nwrite = write(STDOUT_FILENO,ptr,ntowrite);36 fprintf(stderr,"nwrite = %d,errno =%d\n",nwrite,errno);37 if(nwrite > 0)38 {39 ptr += nwrite;40 ntowrite -= nwrite;41 }42 }43 clr_fl(STDOUT_FILENO,O_NONBLOCK); //设置为非阻塞状态44 exit(0);45 }
程序执行结果如下：若标准输出是普通文件，则可以期望write只执行一次。
若标识输出是终端，则期望write有时会返回小于100000的一个数字，有时会出错返回。按照下面要求执行，结果如图所示：
anker@killer-anker:~/Programs$ ./nonblock </lib/ld-linux.so.2 2> temp.file
anker@killer-anker:~/Programs$ cat temp.file
程序发出很多write操作，只有几个是正确输出数据的，其余的则出错返回。这种方式叫做轮询，在多用法系统上面浪费了CPU时间。
2、记录锁
记录锁的功能是：一个进程正在读或修改文件的某个部分时，可以阻止其他进程修改同一文件区。对于UNIX，实际上，由于内核没有“记录”的概念，因此，“记录锁”实际上是“区域锁”。
fcntl记录锁：int fcntl(int fd, int cmd, ……/* struct flock *flockptr */);对于记录锁，cmd是F_GETLK，f_SETLK,或F_SETLKW。第三个参数是一个指向flock结构的指针：
struct flock {
short l_type; /* F_RDLCK, F_WRLCK, or F_UNLCK */ off_t l_start; short l_whence; off_t l_len; pid_t l_pid;}关于加锁和解锁区域需要注意以下几点：该区域可以在当前文件尾端处开始或越过其尾端处开始，但不能在文件起始位置之前或越过该起始位置；若l_len为0，则表示锁的区域从其起点开始，直至最大可能位置为止。
两种锁：共享读锁（L_RDLCK）和独占写锁（L_WRLCK）的基本规则是，多个进程在一个给定的字节上可以有一把共享的读锁。但是在一个给定字节上的写锁则只能由一个进程独用。加读锁时，该描述符必须是读打开；加写锁时，该描述符必须是写打开的。
不同类型锁之间的兼容性如下：
|
| 读锁 | 写锁 |
| 无锁 | 允许 | 允许 |
| 一把或多把读锁 | 允许 | 拒绝 |
| 一把写锁 | 拒绝 | 拒绝 |
关于记录锁的自动继承和释放有三条规则：
（1）锁与进程、文件两方面有关：第一，当一个进程终止时，它锁建立的锁全部释放；第二，任何时候关闭一个描述符，则该进程通过这一描述符可以访问的文件上的任何一把锁都被释放。
（2）由fork产生的子进程不继承父进程所设置的锁。
（3）在执行exec后，新程序可以继承原执行程序的锁。
3、I/O多路转接
其基本思想是：先构造一张有关描述符的表，然后调用一个函数，它要到这些描述符中的一个已准备好进行I/O时才返回。在返回时，它告诉进程哪一个描述符已准备好。select、pselect和poll函数能执行I/O多路转接。函数原型如下：
int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout);返回准备就绪的描述符数，超时则为0，出错为-1
参数timeout指定内核等待的时间，其结构如下：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
}
传给select的参数告诉内核：我们所关心的描述符；对于每个描述符我们所关心的条件；希望等待多长时间。
从select返回时，内核告诉我们：已准备好的描述符数量；哪一个描述符已准备好读、写或异常条件。
写个程序练习select函数，每隔5秒进行读取操作，程序如下： 1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 8 int main() 9 { 10 fd_set rfds; 11 struct timeval tv; 12 int retval; 13 char buf[1024]; 14 for(;;) 15 { 16 FD_ZERO(&rfds); 17 FD_SET(STDIN_FILENO, &rfds); 18 /* Wait up to five seconds. */ 19 tv.tv_sec = 5; 20 tv.tv_usec = 0; 21 retval = select(1, &rfds, NULL, NULL, &tv); 22 /* Don't rely on the value of tv now! */ 23 if (retval) 24 { 25 printf("Data is available now.\n"); 26 if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &rfds)) 27 { 28 read(STDIN_FILENO,buf,1024); 29 printf("Read buf is: %s\n",buf); 30 } 31 } 32 else 33 printf("No data within five seconds.\n"); 34 } 35 exit(0); 36 }
程序执行结果如下：
int pselect (int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set * writeset, fd_set * exceptset, const struct timespec * timeout, const sigset_t *sigmask);
返回：准备好的描述字个数，0－超时，－1－出错。
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */
short events; /* requested events */
short revents; /* returned events */
};
关于I/O多路转接将会在Unix网络编程中详细学习，在本章主要是了解这思想。
4、异步I/O
SVR4和4.3+BSD提供了使用一个信号（在SVR4中是SIGPOLL,在4.3+BSD中是SIGIO）的异步I/O方法，该信号通知进程，对某个描述符所关心的某个事件已经发生。异步I/O的一个限制是每个进程只有一个信号。
5、readv和writev函数
头文件：#include <sys/uio.h> 函数原形： ssize_t readv(int filedes,const struct iovec *iov,int iovcnt); ssize_t writev(int filedes,const struct iovec *iov,int iovcnt); 参数：filedes 文件描述符 iov 指向iovec结构数组的一个指针。 iovcnt 数组元素的个数 返回值：若成功则返回已读、写的字节数，若出错则返回-1
struct iovec {
void *iov_base; /* 起始地址 */
size_t iov_len; /* 需要传输的字节数 */
};
readv() 系统调用从文件描述符 fd 关联的文件里读取数据到 iovcnt 个由 iov 结果描述的缓存区里。(分散读)
writev() 系统调用把 iovcnt 个由 iov 结构描述的缓存区数据写入文件描述符 fd 关联的文件里。(聚合写)
写个程序从标准输入读取数据存放到多个缓冲区中，然后从标准输出显示结果，程序如下：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 9 int main(int argc,char *argv[]) 10 { 11 int fd1,fd2; 12 char *buf1 = malloc(10); 13 char *buf2 = malloc(1024); 14 struct iovec iov[2]; 15 memset(buf1,0,11); 16 memset(buf2,0,1025); 17 ssize_t nwritten; 18 iov[0].iov_base = buf1; 19 iov[0].iov_len = 10; 20 iov[1].iov_base = buf2; 21 iov[1].iov_len = 1024; 22 readv(STDIN_FILENO,iov,2); 23 printf("call readv:\n"); 24 printf("buf1 is: %s\tlength is: %d\n",buf1,strlen(buf1)); 25 printf("buf2 is: %s\tlength is: %d\n",buf2,strlen(buf2)); 26 printf("call writev:\n"); 27 iov[0].iov_base = buf1; 28 iov[0].iov_len = strlen(buf1); 29 iov[1].iov_base = buf2; 30 iov[1].iov_len = strlen(buf2); 31 nwritten = writev(STDOUT_FILENO, iov, 2); 32 free(buf1); 33 free(buf2); 34 exit(0); 35 }
程序结果如下：
