前段时间看APUE，确实比较详细，不过过于详细了，当成工具书倒是比较合适，还是读一读这种培训机构的书籍，进度会比较快，遇到问题时再回去翻翻APUE，这样的效率可能更高一些。
《嵌入式linux应用程序开发标准教程》的前几章没必要看了，都是写浅显的知识点，从第六章文件IO编程开始记录笔记。后期再根据APUE的内容进行补充和扩展。
一、linux系统调用及API
1. 系统调用
linux分为内核空间和用户空间，用户空间无法直接访问内核空间。内核通过系统调用为用户提供服务，很精简，大约250个左右。大致可分为：进程控制、进程间通信、文件系统控制、系统控制、存储管理、网络管理、socket控制、用户管理等几类。
2. C库API
C库提供若干API，遵循一定的标准，供用户使用。
用户可以直接调用系统调用，也可以调用C库提供的API。
二、linux中文件及文件描述符概述
linux主要有4中文件：普通文件、目录文件、链接文件、设备文件。
linux使用文件描述符操作文件，尤其对于用户态来说更是如此，文件描述符是一个非负的整数，是个索引值，linux打开文件时动态分配，分配时，优先分配未使用的最小描述符。打开文件时，内核返回给进程1个文件描述符，读写时进程用此描述符操作文件。
进程打开时，默认会打开三个文件描述符，三个文件默认均指向终端：
STDIN_FILENO: 0，标准输入
STDOUT_FILENO: 1，标准输出
STDERR_FILENO: 2，标准错误
三、底层文件IO操作
3.1 基本文件操作
3.1.1 函数说明
5个基本函数，不带缓冲，不属于ANSI C，属于POSIX标准。
open、read、write、lseek、close, 见APUE相关笔记。
3.2 文件锁
3.2.1 共享问题
如上图，进程信息中包含“打开文件的当前文件偏移量”，由进程各自维护。若进程1打开了文件并定位到文件尾部——>切换到进程2，进程2定位到文件尾部并写了100个字节——>在回到进程1，写了10个字节——>则结果是该文件的最后100个字节中，前10个是进程1写的，并覆盖了原来进程2写的前10个字节，而后90个是进程2写的。
事与愿违，故有的场合期望对文件操作时独占的，所以引入的记录锁。
只要多个进程操作同一个文件，就应该上锁。
3.2.2 fcntl()
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需要头文件 |
#include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <fcnt1.h> #include <sys/select.h> |
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原型 |
int fcnt1(int filedes, int cmd,.../* struct flock * flockptr * / ) ; |
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描述 |
除了记录锁以外，还有好多其他的功能 |
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形参 |
filedes |
文件描述符 |
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cmd |
记录锁相关的 F_GETLK:根据第三个参数的情况，测试是否可以上锁，要上的锁由flockptr描述.决定由f l o c k p t r所描述的锁是否被另外一把锁所排斥（阻塞）。如果存在一把锁，它阻止创建由 f l o c k p t r所描述的锁，则这把现存的锁的信息写到 f l o c k p t r指向的结构中。如果不存在这种情况，则除了将 l _ t y p e设置为F _ U N L C K之外， f l o c k p t r所指向结构中的其他信息保持不变。
F_SETLK:根据flockptr设置锁。如果试图建立一把按上述兼容性规则并不允许的锁，则f c n t l立即出错返回，此时e r r n o设置为E A C C E S或E A G A I N F_SETLKW: F_SETLK的阻塞版. |
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flockptr |
l_type:
写入锁是互斥锁，读取锁是共享锁。 如果在一个给定字节上已经有一把或多把读锁，则不能在该字节上再加写锁；如果在一个字节上已经有一把独占性的写锁，则不能再对它加任何读锁
l_start和l_whence:其实保护位置（文件偏移）和相对位置（SEEK_CUR/SET/END）。与，lseek相同。 len想保护的长度，若len=0，则表示从l_start和l_whence决定的位置开始，到文件结尾的最大长度。 若想保护整个文件，则可以l_start = 0，l_whence=SEEK_SET, len=0。 保护区域可以超过尾部，但不能在起始位置之前。 |
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返回值 |
若成功则依赖于c m d，若出错则为- 1时 |
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注意事项 |
用F_GETLK测试，再用F_ SETLK或F_ SETLKW上锁不是原子操作，可能会有问题！ 应该用F_ SETLK直接上，并查询结果，确定是否上锁成功。 |
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【注意】：
！记录锁继承性等问题
- 进程、文件关闭与锁的关系 由于锁是在进程信息里存放的，故关闭进程或者关闭文件，该文件的锁有自动关闭。
- 由fork产生的子进程不继承父进程的锁。
- 执行exec后，新进程可以继承原来的锁。默认继承
死锁举例
如图，进程1锁文件1，进程2锁文件2。若进程1想锁文件2，且选择了阻塞方式，则进程1会处于阻塞状态，同理进程2也是。这样就构成了死锁。
使用方法：
使用F_GETLK后再F_SETLK，不是原子操作，可能会出问题。可以直接用F_SETLK，然后判断返回值。
3.2.3 例程
/* 6-2,fcntl test */ #include <stdio.h> // printf #include <stdlib.h> // exit #include <unistd.h> #include <fcntl.h> // open,fcntl void lock_set(int fd, short lock_type) { struct flock st_lock; st_lock.l_type = lock_type; st_lock.l_whence = SEEK_SET; st_lock.l_start = 0; st_lock.l_len = 0; st_lock.l_pid = -1; if( fcntl(fd,F_GETLK,&st_lock) < 0 ) // 判断st_lock类型的锁能否上，测试类型，用F_GETLK然后再F_SETLCK,不是原子原子操作，会有问题，例程这么设计，主要是为了方便理解读写锁的互斥性 printf(" fcntl GETLK err."); // 如果能上，则l_type返回F_UNLCK，st_lock的其他域不变 // 如果不能上，则l_type返回目前的上锁状态，同时l_pid返回对该文件上锁的进程pid if( st_lock.l_type != F_UNLCK ) { if( st_lock.l_type == F_RDLCK ) printf(" Read lock is already locked by pid %d",st_lock.l_pid ); if( st_lock.l_type == F_WRLCK ) printf(" Write lock is already locked by pid %d",st_lock.l_pid ); } printf(" st_lock.l_type:%d",st_lock.l_type); printf(" st_lock.l_whence:%d",st_lock.l_whence); printf(" st_lock.l_start:%d",st_lock.l_start); printf(" st_lock.l_len:%d",st_lock.l_len); printf(" st_lock.l_pid:%d",st_lock.l_pid); st_lock.l_type = lock_type; if( fcntl(fd,F_SETLKW,&st_lock) < 0 ) printf(" fcntl SETLK err."); switch( st_lock.l_type ) { case F_RDLCK: printf(" Read lock is set by pid %d",getpid() ); break; case F_WRLCK: printf(" Write lock is set by pid %d",getpid() ); break; case F_UNLCK: printf(" Un lock is set by pid %d",getpid() ); break; defualt: break; } } int main(int args, char *argv[]) { int fd; // open file fd=open("hello",O_RDWR|O_CREAT,0644); if( fd<0 ) printf(" open file err"); //lock_set(fd,F_RDLCK); // 读锁 lock_set(fd,F_WRLCK); // 写锁 getchar(); // 等待终端输入 lock_set(fd,F_UNLCK); printf(" FINISH "); exit(0); }
终端窗口运行加读锁：
st_lock.l_type:2 // 可上读锁，所以F_GETLCK返回F_UNLCK,其他域不变 st_lock.l_whence:0 st_lock.l_start:0 st_lock.l_len:0 st_lock.l_pid:-1 Read lock is set by pid 7377 fcntl GETLK err. // F_GETLCK+F_UNLCK会返回错误 st_lock.l_type:2 st_lock.l_whence:0 st_lock.l_start:0 st_lock.l_len:0 st_lock.l_pid:-1 Un lock is set by pid 7377 FINISH
另一个终端窗口运行加读锁：
st_lock.l_type:2 // 读锁是共享锁，可以随便加，不受影响
st_lock.l_whence:0
st_lock.l_start:0
st_lock.l_len:0
st_lock.l_pid:-1
Read lock is set by pid 7426
fcntl GETLK err.
st_lock.l_type:2
st_lock.l_whence:0
st_lock.l_start:0
st_lock.l_len:0
st_lock.l_pid:-1
Un lock is set by pid 7426
FINISH
// 终端1先运行
st_lock.l_type:2
st_lock.l_whence:0
st_lock.l_start:0
st_lock.l_len:0
Write lock is set by pid 7517
fcntl GETLK err.
st_lock.l_type:2
st_lock.l_whence:0
st_lock.l_start:0
st_lock.l_len:0
st_lock.l_pid:-1
Un lock is set by pid 7517
FINISH
// 终端2后运行
Write lock is already locked by pid 7517 // 写锁互斥，释放后才能加锁
st_lock.l_type:1
st_lock.l_whence:0
st_lock.l_start:0
st_lock.l_len:0
Write lock is set by pid 7518 // 阻塞加锁，所以终端1释放后，马上加上了
fcntl GETLK err.
st_lock.l_type:2
st_lock.l_whence:0
st_lock.l_start:0
st_lock.l_len:0
st_lock.l_pid:-1
Un lock is set by pid 7518
FINISH
3.3 多路复用
3.3.1 IO模型
- 阻塞IO,若IO没有完成相关功能，则进程挂起，直到相关数据到达后才返回。 管道、终端、网络设备的读写经常出现这种情况。
- 非阻塞IO，IO操作不能完成，理解返回，该进程不睡眠
- 多路转换，轮训各IO，超时等待，select和poll就属于此类
- 信号驱动IO，signal
3.3.2 函数说明
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需要头文件 |
#include <sys/types.h> |
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原型 |
int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds，fd_set *exeptfds, struct timeval *timeout) |
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描述 |
监测多个文件，这就是多路IO的由来 |
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形参 |
numfds |
该参数值为需要监视的文件描述符的最大值加 1 |
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readfds |
由 select()监视的读文件描述符集合 |
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writefds |
由 select()监视的写文件描述符集合 |
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exeptfds |
由 select()监视的异常处理文件描述符集合 |
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timeout |
NULL：永远等待，直到捕捉到信号或文件描述符已准备好为止 具体值：struct timeval 类型的指针，若等待了 timeout 时间还没有检 struct timeval |
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返回值 |
大于 0：成功，返回准备好的文件描述符的数目 |
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注意事项 |
监视的文件发生变化，就会返回>0的数 注意：select会改变要监视的文件描述符集，如果需要连续监测，需要注意重新初始化该集合 |
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select函数期望对文件描述符分类处理，处理的对象是 描述符的集合，需要使用相关宏定义
FD_ZERO(fd_set *set) 清除一个文件描述符集
FD_SET(int fd, fd_set *set) 将一个文件描述符加入文件描述符集中
FD_CLR(int fd, fd_set *set) 将一个文件描述符从文件描述符集中清除
FD_ISSET(int fd, fd_set*set)如果文件描述符 fd 为 fd_set 集中的一个元素，则返回非零值，可以用于调用 select()之后测试文件描述符集中的文件描述符是否有变化#include <sys/types.h>
#include <poll.h>
int poll( struct pollfd * fds, int numfds, int timerout );
参数：
fds：描述需要对哪些文件的哪种类型操作进行监控。
struct pollfd
{
int fd; // 需要监听的文件描述符
short events; // 需要监听的事件
short revents; // 监听到的事件/已发生的事件
}
events可由若干定义好的宏定义描述：
/* Event types that can be polled for. These bits may be set in `events'
to indicate the interesting event types; they will appear in `revents'
to indicate the status of the file descriptor. */
#define POLLIN 0x001 /* There is data to read. */ 文件中有数据可读
#define POLLPRI 0x002 /* There is urgent data to read. */ 文件中有紧急数据可读
#define POLLOUT 0x004 /* Writing now will not block. */ 可以向文件中写入数据
#ifdef __USE_GNU
/* These are extensions for Linux. */
# define POLLMSG 0x400
# define POLLREMOVE 0x1000
# define POLLRDHUP 0x2000
#endif
/* Event types always implicitly polled for. These bits need not be set in
`events', but they will appear in `revents' to indicate the status of
the file descriptor. */
#define POLLERR 0x008 /* Error condition. */ 文件中出现错误
#define POLLHUP 0x010 /* Hung up. */ 与文件的链接被断开
#define POLLNVAL 0x020 /* Invalid polling request. */ 文件描述符非法
numfds：需要监听的文件个数，即第一个参数fds的个数
timeout:超时时间，ms。如果<0，表示无限等待
返回值：
成功：大于0，表示事件发生的pollfd个数
0：超时
-1:出错
注意事项：
其实select在系统内部，也是由poll实现的，poll貌似更简单易用一些。
3.3.3 例程
用两个终端创建两个FIFO，第三个终端运行程序，监测两个FIFO的输入。
select：
/* 6-3,select */ #include <stdio.h> // printf #include <stdlib.h> // exit #include <unistd.h> #include <fcntl.h> // open,fcntl #include <sys/time.h> // struct timeval #include <sys/select.h> #include <sys/param.h> // MAX() #define BUFF_SIZE 1024 int main(int args, char *argv[]) { int fd_max,fd_in1,fd_in2,fd_read; fd_set readfds; struct timeval timeout; char buf[BUFF_SIZE]; int read_len; // open in1&in2 if( (fd_in1=open("in1",O_RDWR|O_NONBLOCK)) < 0 ) printf(" open in1 err"); if( (fd_in2=open("in2",O_RDWR|O_NONBLOCK)) < 0 ) printf(" open in1 err"); printf(" in1 %d,in2 %d, STDIN_FILENO %d",fd_in1,fd_in2,STDIN_FILENO); fflush(stdout); // 把流flush，printf才能及时打印 // select FD_ZERO(&readfds); FD_SET(fd_in1,&readfds); FD_SET(fd_in2,&readfds); FD_SET(STDIN_FILENO,&readfds); fd_max = MAX(MAX(fd_in1,fd_in2),STDIN_FILENO); timeout.tv_sec = 60; timeout.tv_usec = 0; while( select(fd_max+1, &readfds,NULL,NULL,&timeout) > 0 ) { if( FD_ISSET(fd_in1, &readfds) ) fd_read = fd_in1; if( FD_ISSET(fd_in2, &readfds) ) fd_read = fd_in2; if( FD_ISSET(STDIN_FILENO, &readfds) ) fd_read = STDIN_FILENO; read_len = read(fd_read,buf,BUFF_SIZE); if( read_len < 0 ) printf(" read %d err",fd_read); else { printf(" rcv something from %d",fd_read); if( fd_read == STDIN_FILENO ) { if(buf[0] == 'q') { printf(" quit by user."); break; } } else { buf[read_len] = ' '; printf( " Rcv data from %d:%s",fd_read,buf ) ; } } // 因为select会改变readfds的值，所以想连续监测，要及时重新设置要监视的fd FD_ZERO(&readfds); FD_SET(fd_in1,&readfds); FD_SET(fd_in2,&readfds); FD_SET(STDIN_FILENO,&readfds); fd_max = MAX(MAX(fd_in1,fd_in2),STDIN_FILENO); } printf(" job done"); exit(0); }
终端1： mknod in1 p cat > in1 1111 2222 3333 终端2： mknod in2 p cat > in2 4444 5555 6666
终端3运行上述程序，会显示终端1/2的输入，'q'则退出
poll实现相同的功能，执行效果与select差不多。
/* 6-4,poll */ #include <stdio.h> // printf #include <stdlib.h> // exit #include <unistd.h> #include <fcntl.h> // open,fcntl #include <sys/time.h> // struct timeval #include <sys/select.h> #include <sys/param.h> // MAX() #include <poll.h> #define BUFF_SIZE 1024 int main(int args, char *argv[]) { int fd_in1,fd_in2,fd_read; struct pollfd st_pollfd[3]; char buf[BUFF_SIZE]; int read_len; char i; // open in1&in2 if( (fd_in1=open("in1",O_RDWR|O_NONBLOCK)) < 0 ) printf(" open in1 err"); if( (fd_in2=open("in2",O_RDWR|O_NONBLOCK)) < 0 ) printf(" open in1 err"); printf(" in1 %d,in2 %d, STDIN_FILENO %d",fd_in1,fd_in2,STDIN_FILENO); fflush(stdout); // 把流flush，printf才能及时打印 // poll st_pollfd[0].fd = fd_in1; st_pollfd[0].events = POLLIN; st_pollfd[1].fd = fd_in2; st_pollfd[1].events = POLLIN; st_pollfd[2].fd = STDIN_FILENO; st_pollfd[2].events = POLLIN; while( poll (&st_pollfd, 3, 60*1000) > 0 ) { if( st_pollfd[0].revents&POLLIN == POLLIN ) fd_read = fd_in1; if( FD_ISSET(fd_in2, &readfds) ) fd_read = fd_in2; if( FD_ISSET(STDIN_FILENO, &readfds) ) fd_read = STDIN_FILENO; for(i=0;i<3;i++) { if( st_pollfd[i].revents&POLLIN == POLLIN ) { read_len = read(st_pollfd[i].fd,buf,BUFF_SIZE); if( read_len < 0 ) printf(" read %d err",st_pollfd[i].fd); else { printf(" rcv something from %d",st_pollfd[i].fd); if( st_pollfd[i].fd == STDIN_FILENO ) { if(buf[0] == 'q') { printf(" quit by user."); break; } } else { buf[read_len] = ' '; printf( " Rcv data from %d:%s",st_pollfd[i].fd,buf ) ; } } } } } printf(" job done"); exit(0); }