第6章、文件IO编程.pdf

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1、 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 第 6 章 文件 I/O 编程 本章目标 在搭建起嵌入式开发环境之后，从本章开始，读者将真正开始学习嵌入式 Linux 的应用开发。由于嵌入式 Linux 是经Linux 裁减而来的，它的系统调用及用户编程接口 API与 Linux基本是一致的，因此，在以后的章节中，笔者将首先介绍 Linux中相关内容的基本编程开发，主要讲解与嵌入式 Linux 中一致

2、的部分，然后再将程序移植到嵌入式的开发板上运行。因此，没有开发板的读者也可以先在 Linux 上开发相关应用程序，这对以后进入嵌入式 Linux 的实际开发是十分有帮助的。本章主要讲解文件 I/O 相关开发，经过本章的学习，读者将会掌握以下内容。掌握 Linux 中系统调用的基本概念 掌握 Linux 中用户编程接口（API）及系统命令的相互关系 掌握文件描述符的概念 掌握 Linux 下文件相关的不带缓存 I/O 函数的使用 掌握 Linux 下设备文件读写方法 掌握 Linux 中对串口的操作 熟悉 Linux 中标准文件 I/O 函数的使用 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6

3、 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 6.1 Linux 系统调用及用户编程接口（API）由于本章是讲解 Linux 编程开发的第 1 章，因此希望读者更加明确 Linux 系统调用和用户编程接口（API）的概念。在了解了这些之后，会对Linux 以及Linux 的应用编程有更深入的理解。6.1.1 系统调用 所谓系统调用是指操作系统提供给用户程序调用的一组“特殊”接口，用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的服务。例如用户可以通过进程控制相关的系统调用来创建进程、实现进程调度、进程管理等。在这里，为什么用户程序不能直接访问系统内核提供

4、的服务呢？这是由于在Linux 中，为了更好地保护内核空间，将程序的运行空间分为内核空间和用户空间（也就是常称的内核态和用户态），它们分别运行在不同的级别上，在逻辑上是相互隔离的。因此，用户进程在通常情况下不允许访问内核数据，也无法使用内核函数，它们只能在用户空间操作用户数据，调用用户空间的函数。但是，在有些情况下，用户空间的进程需要获得一定的系统服务（调用内核空间程序），这时操作系统就必须利用系统提供给用户的“特殊接口”系统调用规定用户进程进入内核空间的具体位置。进行系统调用时，程序运行空间需要从用户空间进入内核空间，处理完后再返回用户空间。Linux 系统调用部分是非常精简的系统调用（只有

5、 250 个左右），它继承了 UNIX系统调用中最基本和最有用的部分。这些系统调用按照功能逻辑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。6.1.2 用户编程接口（API）前面讲到的系统调用并不是直接与程序员进行交互的，它仅仅是一个通过软中断机制向内核提交请求，以获取内核服务的接口。在实际使用中程序员调用的通常是用户编程接口API，也就是本书后面要讲到的 API 函数。但并不是所有的函数都一一对应一个系统调用，有时，一个 API 函数会需要几个系统调用来共同完成函数的功能，甚至还有一些 API 函数不需要调用相应的系统调用（因

6、此它所完成的不是内核提供的服务）。在 Linux 中，用户编程接口（API）遵循了在 UNIX 中最流行的应用编程界面标准POSIX 标准。POSIX 标准是由 IEEE 和 ISO/IEC 共同开发的标准系统。该标准基于当时现有的 UNIX 实践和经验，描述了操作系统的系统调用编程接口（实际上就是 API），用于保证应用程序可以在源代码一级上在多种操作系统上移植运行。这些系统调用编程接口主要是通过 C 库（libc）实现的。嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 6.1.3 系统命令 以上讲解了系统调用、用

7、户编程接口（API）的概念，分析了它们之间的相互关系，那么，读者在第 2 章中学到的那么多的 Shell 系统命令与它们之间又是怎样的关系呢？系统命令相对 API 更高了一层，它实际上是一个可执行程序，它的内部引用了用户编程接口（API）来实现相应的功能。它们之间的关系如图 6.1 所示。6.2 Linux 中文件及文件描述符概述 在 Linux 中对目录和设备的操作都等同于文件的操作，因此，大大简化了系统对不同设备的处理，提高了效率。Linux 中的文件主要分为 4 种：普通文件、目录文件、链接文件和设备文件。那么，内核如何区分和引用特定的文件呢？这里用到了一个重要的概念文件描述符。对于 L

8、inux 而言，所有对设备和文件的操作都是使用文件描述符来进行的。文件描述符是一个非负的整数，它是一个索引值，并指向在内核中每个进程打开文件的记录表。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符；当需要读写文件时，也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。通常，一个进程启动时，都会打开 3 个文件：标准输入、标准输出和标准出错处理。这 3 个文件分别对应文件描述符为 0、1 和 2（也就是宏替换 STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 和 STDERR_FILENO，鼓励读者使用这些宏替换）。基于文件描述符的 I/O 操作虽然不能移植到类 Linux 以

9、外的系统上去（如Windows），但它往往是实现某些 I/O 操作的惟一途径，如 Linux 中低级文件操作函数、多路 I/O、TCP/IP 套接字编程接口等。同时，它们也很好地兼容 POSIX 标准，因此，可以很方便地移植到任何 POSIX 平台上。基于文件描述符的 I/O 操作是 Linux 中最常用的操作之一，希望读者能够很好地掌握。6.3 底层文件 I/O 操作 本节主要介绍文件 I/O 操作的系统调用，主要用到5 个函数：open()、read()、write()、lseek()和 close()。这些函数的特点是不带缓存，直接对文件（包括设备）进行读写操作。这些函数虽然不是 ANS

10、I C 的组成部分，但是是 POSIX 的组成部分。6.3.1 基本文件操作（1）函数说明。open()函数用于打开或创建文件，在打开或创建文件时可以指定文件的属性及用户的权限等各种参数。close()函数用于关闭一个被打开的文件。当一个进程终止时，所有被它打开的文图 6.1 系统调用、API系统命令之间的关系 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 件都由内核自动关闭，很多程序都使用这一功能而不显示地关闭一个文件。read()函数用于将从指定的文件描述符中读出的数据放到缓存区中，并返回实际读入的字节数。若返

11、回 0，则表示没有数据可读，即已达到文件尾。读操作从文件的当前指针位置开始。当从终端设备文件中读出数据时，通常一次最多读一行。write()函数用于向打开的文件写数据，写操作从文件的当前指针位置开始。对磁盘文件进行写操作，若磁盘已满或超出该文件的长度，则 write()函数返回失败。lseek()函数用于在指定的文件描述符中将文件指针定位到相应的位置。它只能用在可定位（可随机访问）文件操作中。管道、套接字和大部分字符设备文件是不可定位的，所以在这些文件的操作中无法使用 lseek()调用。（2）函数格式。open()函数的语法格式如表 6.1 所示。表 6.1 open()函数语法要点 所需头

12、文件#include /*提供类型 pid_t 的定义*/#include#include 函数原型 int open(const char*pathname,int flags,int perms)pathname 被打开的文件名（可包括路径名）O_RDONLY：以只读方式打开文件 O_WRONLY：以只写方式打开文件 O_RDWR：以读写方式打开文件 O_CREAT：如果该文件不存在，就创建一个新的文件，并用第三个参数为其设置权限 O_EXCL：如果使用 O_CREAT 时文件存在，则可返回错误消息。这一参数可测试文件是否存在。此时 open 是原子操作，防止多个进程同时创建同一个文件 O

13、_NOCTTY：使用本参数时，若文件为终端，那么该终端不会成为调用 open()的那个进程的控制终端 O_TRUNC：若文件已经存在，那么会删除文件中的全部原有数据，并且设置文件大小为 0。flag：文件打开的方式 O_APPEND：以添加方式打开文件，在打开文件的同时，文件指针指向文件的末尾，即将写入的数据添加到文件的末尾 函数传入值 perms 被打开文件的存取权限 可以用一组宏定义：S_I(R/W/X)(USR/GRP/OTH)其中 R/W/X 分别表示读/写/执行权限 USR/GRP/OTH 分别表示文件所有者/文件所属组/其他用户 例如，S_IRUSR|S_IWUSR 表示设置文件所

14、有者的可读可写属性。八进制表示法中 600 也表示同样的权限 函数返回值 成功：返回文件描述符 失败：1 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 在 open()函数中，flag 参数可通过“|”组合构成，但前 3 个标志常量（O_RDONLY、O_WRONLY 以及 O_RDWR）不能相互组合。perms 是文件的存取权限，既可以用宏定义表示法，也可以用八进制表示法。close()函数的语法格式表 6.2 所示。表 6.2 close()函数语法要点 所需头文件#include 函数原型 int close

15、(int fd)函数输入值 fd：文件描述符 函数返回值 0：成功 1：出错 read()函数的语法格式如表 6.3 所示。表 6.3 read()函数语法要点 所需头文件#include 函数原型 ssize_t read(int fd,void*buf,size_t count)fd：文件描述符 buf：指定存储器读出数据的缓冲区 函数传入值 count：指定读出的字节数 函数返回值 成功：读到的字节数 0：已到达文件尾 1：出错 在读普通文件时，若读到要求的字节数之前已到达文件的尾部，则返回的字节数会小于希望读出的字节数。write()函数的语法格式如表 6.4 所示。表 6.4 wri

16、te()函数语法要点 所需头文件#include 函数原型 ssize_t write(int fd,void*buf,size_t count)fd：文件描述符 buf：指定存储器写入数据的缓冲区 函数传入值 count：指定读出的字节数 函数返回值 成功：已写的字节数 1：出错 在写普通文件时，写操作从文件的当前指针位置开始。lseek()函数的语法格式如表 6.5 所示。表 6.5 lseek()函数语法要点 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 所需头文件#include#include 函数原型

17、off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence)fd：文件描述符 函数传入值 offset：偏移量，每一读写操作所需要移动的距离，单位是字节，可正可负（向前移，向后移）SEEK_SET：当前位置为文件的开头，新位置为偏移量的大小 SEEK_CUR：当前位置为文件指针的位置，新位置为当前位置加上偏移量 whence：当前位置的基点 SEEK_END：当前位置为文件的结尾，新位置为文件的大小加上偏移量的大小 函数返回值 成功：文件的当前位移 1：出错 （3）函数使用实例。下面实例中的open()函数带有3个flag参数：O_CREAT、O_TRUNC和O_WR

18、ONLY，这样就可以对不同的情况指定相应的处理方法。另外，这里对该文件的权限设置为0600。其源码如下所示：下面列出文件基本操作的实例，基本功能是从一个文件（源文件）中读取最后10KB 数据并到另一个文件（目标文件）。在实例中源文件是以只读方式打开，目标文件是以只写方式打开（可以是读写方式）。若目标文件不存在，可以创建并设置权限的初始值为 644，即文件所有者可读可写，文件所属组和其他用户只能读。读者需要留意的地方是改变每次读写的缓存大小（实例中为 1KB）会怎样影响运行效率。/*copy_file.c*/#include#include#include#include#include#inc

19、lude#define BUFFER_SIZE 1024 /*每次读写缓存大小，影响运行效率*/#define SRC_FILE_NAME src_file /*源文件名*/#define DEST_FILE_NAME dest_file/*目标文件名文件名*/#define OFFSE 10240 /*复制的数据大小*/int main()int src_file,dest_file;嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org unsigned char buffBUFFER_SIZE;int real_rea

20、d_len;/*以只读方式打开源文件*/src_file=open(SRC_FILE_NAME,O_RDONLY);/*以只写方式打开目标文件，若此文件不存在则创建该文件,访问权限值为 644*/dest_file=open(DEST_FILE_NAME,O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH);if(src_file 0|dest_file 0)write(dest_file,buff,real_read_len);close(dest_file);close(src_file);return 0;$./copy_file$ls-lh

21、 dest_file-rw-r-r-1 david root 10K 14:06 dest_file 注意 open()函数返回的文件描述符一定是最小的未用文件描述符。由于一个进程在启动时自动打开了 0、1、2 三个文件描述符，因此，该文件运行结果中返回的文件描述符为 3。读者可以尝试在调用 open()函数之前，加一句 close(0)，则此后在调用 open()函数时返回的文件描述符为 0（若关闭文件描述符 1，则在程序执行时会由于没有标准输出文件而无法输出）。嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 6.

22、3.2 文件锁（1）fcntl()函数说明。前面的这 5 个基本函数实现了文件的打开、读写等基本操作，本小节将讨论的是，在文件已经共享的情况下如何操作，也就是当多个用户共同使用、操作一个文件的情况，这时，Linux 通常采用的方法是给文件上锁，来避免共享的资源产生竞争的状态。文件锁包括建议性锁和强制性锁。建议性锁要求每个上锁文件的进程都要检查是否有锁存在，并且尊重已有的锁。在一般情况下，内核和系统都不使用建议性锁。强制性锁是由内核执行的锁，当一个文件被上锁进行写入操作的时候，内核将阻止其他任何文件对其进行读写操作。采用强制性锁对性能的影响很大，每次读写操作都必须检查是否有锁存在。在 Linux

23、 中，实现文件上锁的函数有 lockf()和 fcntl()，其中 lockf()用于对文件施加建议性锁，而 fcntl()不仅可以施加建议性锁，还可以施加强制锁。同时，fcntl()还能对文件的某一记录上锁，也就是记录锁。记录锁又可分为读取锁和写入锁，其中读取锁又称为共享锁，它能够使多个进程都能在文件的同一部分建立读取锁。而写入锁又称为排斥锁，在任何时刻只能有一个进程在文件的某个部分上建立写入锁。当然，在文件的同一部分不能同时建立读取锁和写入锁。注意 fcntl()是一个非常通用的函数，它可以对已打开的文件描述符进行各种操作，不仅包括管理文件锁，还包括获得和设置文件描述符和文件描述符标志、文

24、件描述符的复制等很多功能。在本节中，主要介绍建立记录锁的方法。（2）fcntl()函数格式。用于建立记录锁的 fcntl()函数格式如表 6.6 所示。表 6.6 fcntl()函数语法要点 所需头文件#include#include#include 函数原型 int fcnt1(int fd,int cmd,struct flock*lock)函数传入值 fd：文件描述符 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org F_DUPFD：复制文件描述符 F_GETFD：获得 fd 的 close-on-exec 标志

25、，若标志未设置，则文件经过 exec()函数之后仍保持打开状态 F_SETFD：设置 close-on-exec 标志，该标志由参数 arg 的 FD_CLOEXEC位决定 F_GETFL：得到 open 设置的标志 F_SETFL：改变 open 设置的标志 F_GETLK：根据 lock 参数值，决定是否上文件锁 F_SETLK：设置 lock 参数值的文件锁 cmd F_SETLKW：这是 F_SETLK 的阻塞版本（命令名中的 W 表示等待（wait）。在无法获取锁时，会进入睡眠状态；如果可以获取锁或者捕捉到信号则会返回 lock：结构为 flock，设置记录锁的具体状态 函数返回值

26、0：成功 1：出错 这里，lock 的结构如下所示：struct flock short l_type;off_t l_start;short l_whence;off_t l_len;pid_t l_pid;lock 结构中每个变量的取值含义如表 6.7 所示。表 6.7 lock 结构变量取值 F_RDLCK：读取锁（共享锁）F_WRLCK：写入锁（排斥锁）l_type F_UNLCK：解锁 l_stat 相对位移量（字节）SEEK_SET：当前位置为文件的开头，新位置为偏移量的大小 SEEK_CUR：当前位置为文件指针的位置，新位置为当前位置加上偏移量 l_whence：相对位移 量 的

27、 起 点（同lseek 的 whence）SEEK_END：当前位置为文件的结尾，新位置为文件的大小加上偏移量的大小 l_len 加锁区域的长度 小技巧 为加锁整个文件，通常的方法是将 l_start 设置为 0，l_whence 设置为 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org SEEK_SET，l_len 设置为 0。（3）fcntl()使用实例 下面首先给出了使用 fcntl()函数的文件记录锁功能的代码实现。在该代码中，首先给 flock 结构体的对应位赋予相应的值。接着使用两次 fcntl()函数，分

28、别用于判断文件是否可以上锁和给相关文件上锁，这里用到的 cmd 值分别为 F_GETLK 和 F_SETLK（或 F_SETLKW）。用 F_GETLK 命令判断是否可以进行 flock 结构所描述的锁操作：若可以进行，则 flock 结构的 l_type 会被设置为 F_UNLCK，其他域不变；若不可行，则 l_pid 被设置为拥有文件锁的进程号，其他域不变。用 F_SETLK 和 F_SETLKW 命令设置 flock 结构所描述的锁操作，后者是前者的阻塞版。文件记录锁功能的源代码如下所示：/*lock_set.c*/int lock_set(int fd,int type)struct

29、flock old_lock,lock;lock.l_whence=SEEK_SET;lock.l_start=0;lock.l_len=0;lock.l_type=type;lock.l_pid=-1;/*判断文件是否可以上锁*/fcntl(fd,F_GETLK,&lock);if(lock.l_type!=F_UNLCK)/*判断文件不能上锁的原因*/if(lock.l_type=F_RDLCK)/*该文件已有读取锁*/printf(Read lock already set by%dn,lock.l_pid);else if(lock.l_type=F_WRLCK)/*该文件已有写入锁*

30、/printf(Write lock already set by%dn,lock.l_pid);/*l_type 可能已被 F_GETLK 修改过*/嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org lock.l_type=type;/*根据不同的 type 值进行阻塞式上锁或解锁*/if(fcntl(fd,F_SETLKW,&lock)0)printf(Lock failed:type=%dn,lock.l_type);return 1;switch(lock.l_type)case F_RDLCK:printf(

31、Read lock set by%dn,getpid();break;case F_WRLCK:printf(Write lock set by%dn,getpid();break;case F_UNLCK:printf(Release lock by%dn,getpid();return 1;break;default:break;/*end of switch */return 0;下面的实例是文件写入锁的测试用例，这里首先创建了一个 hello 文件，之后对其上写入锁，最后释放写入锁，代码如下所示：/*write_lock.c*/#include#include#include#incl

32、ude#include#include 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org#include lock_set.c int main(void)int fd;/*首先打开文件*/fd=open(hello,O_RDWR|O_CREAT,0644);if(fd 0)printf(Open file errorn);exit(1);/*给文件上写入锁*/lock_set(fd,F_WRLCK);getchar();/*给文件解锁*/lock_set(fd,F_UNLCK);getchar();close(fd)

33、;exit(0);为了能够使用多个终端，更好地显示写入锁的作用，本实例主要在 PC 机上测试，读者可将其交叉编译，下载到目标板上运行。下面是在 PC 机上的运行结果。为了使程序有较大的灵活性，笔者采用文件上锁后由用户键入一任意键使程序继续运行。建议读者开启两个终端，并且在两个终端上同时运行该程序，以达到多个进程操作一个文件的效果。在这里，笔者首先运行终端一，请读者注意终端二中的第一句。终端一：$./write_lock write lock set by 4994 release lock by 4994 终端二：$./write_lock write lock already set by

34、4994 write lock set by 4997 release lock by 4997 由此可见，写入锁为互斥锁，同一时刻只能有一个写入锁存在。接下来的程序是文件读取锁的测试用例，原理和上面的程序一样。/*fcntl_read.c*/#include 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org#include#include#include#include#include#include lock_set.c int main(void)int fd;fd=open(hello,O_RDWR|O_CRE

35、AT,0644);if(fd 0)printf(Open file errorn);exit(1);/*给文件上读取锁*/lock_set(fd,F_RDLCK);getchar();/*给文件解锁*/lock_set(fd,F_UNLCK);getchar();close(fd);exit(0);同样开启两个终端，并首先启动终端一上的程序，其运行结果如下所示：终端一：$./read_lock read lock set by 5009 release lock by 5009 终端二：$./read_lock read lock set by 5010 release lock by 501

36、0 读者可以将此结果与写入锁的运行结果相比较，可以看出，读取锁为共享锁，当进程 5009 已设置读取锁后，进程 5010 仍然可以设置读取锁。思考 如果在一个终端上运行设置读取锁的程序，则在另一个终端上运行设置写入锁的程序，会有什么结果呢？嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 6.3.3 多路复用（1）函数说明。前面的 fcntl()函数解决了文件的共享问题，接下来该处理 I/O 复用的情况了。总的来说，I/O 处理的模型有 5 种。n 阻塞 I/O 模型：在这种模型下，若所调用的 I/O 函数没有完成相关

37、的功能，则会使进程挂起，直到相关数据到达才会返回。对管道设备、终端设备和网络设备进行读写时经常会出现这种情况。n 非阻塞模型：在这种模型下，当请求的 I/O 操作不能完成时，则不让进程睡眠，而且立即返回。非阻塞 I/O 使用户可以调用不会阻塞的 I/O 操作，如open()、write()和 read()。如果该操作不能完成，则会立即返回出错（例如：打不开文件）或者返回 0（例如：在缓冲区中没有数据可以读取或者没有空间可以写入数据）。n I/O 多路转接模型：在这种模型下，如果请求的 I/O 操作阻塞，且它不是真正阻塞 I/O，而是让其中的一个函数等待，在这期间，I/O 还能进行其他操作。本节

38、要介绍的 select()和 poll 函数()就是属于这种模型。n 信号驱动 I/O 模型：在这种模型下，通过安装一个信号处理程序，系统可以自动捕获特定信号的到来，从而启动 I/O。这是由内核通知用户何时可以启动一个I/O 操作决定的。n 异步 I/O 模型：在这种模型下，当一个描述符已准备好，可以启动 I/O 时，进程会通知内核。现在，并不是所有的系统都支持这种模型。可以看到，select()和 poll()的 I/O 多路转接模型是处理 I/O 复用的一个高效的方法。它可以具体设置程序中每一个所关心的文件描述符的条件、希望等待的时间等，从select()和 poll()函数返回时，内核会

39、通知用户已准备好的文件描述符的数量、已准备好的条件等。通过使用 select()和 poll()函数的返回结果，就可以调用相应的 I/O 处理函数。（2）函数格式。select()函数的语法格式如表 6.8 所示。表 6.8 select()函数语法要点 所需头文件#include#include#include 函数原型 int select(int numfds,fd_set*readfds,fd_set*writefds，fd_set*exeptfds,struct timeval*timeout)numfds：该参数值为需要监视的文件描述符的最大值加 1 readfds：由 selec

40、t()监视的读文件描述符集合 writefds：由 select()监视的写文件描述符集合 exeptfds：由 select()监视的异常处理文件描述符集合 函数传入值 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 嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org 具体值：struct timeval 类型的指针，若等待了 timeout 时间还没有检测到任何文件描符准备好，就立即返回 0：从不等待，测试所有指定的描述符并立即返回 函数返回值 大于 0：成功，返回准备好的文件描述符的数目

41、 0：超时；1：出错 思考 请读者考虑一下如何确定被监视的文件描述符的最大值？可以看到，select()函数根据希望进行的文件操作对文件描述符进行了分类处理，这里，对文件描述符的处理主要涉及 4 个宏函数，如表 6.9 所示。表 6.9 select()文件描述符处理函数 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

42、 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 一般来说，在使用 select()函数之前，首先使用 FD_ZERO()和 FD_SET()来初始化文件描述符集，在使用了 select()函数时，可循环使用 FD_ISSET()来测试描述符集，在执行完对相关文件描述符的操作之后，使用 FD_CLR()来清除描述符集。另外，select()函数中的 timeout 是一个 struct timeval 类型的指针，该结构体如下所示：struct timeval long tv_sec;/*秒*/long tv_unsec;/*微秒*/可

43、以看到，这个时间结构体的精确度可以设置到微秒级，这对于大多数的应用而言已经足够了。poll()函数的语法格式如表 6.10 所示。表 6.10 poll()函数语法要点 所需头文件#include#include 函数原型 int poll(struct pollfd*fds,int numfds,int timeout)嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org fds：struct pollfd 结构的指针，用于描述需要对哪些文件的哪种类型的操作进行监控。struct pollfd int fd;/*需要监听

44、的文件描述符*/short events;/*需要监听的事件*/short revents;/*已发生的事件*/events 成员描述需要监听哪些类型的事件，可以用以下几种标志来描述。POLLIN：文件中有数据可读，下面实例中使用到了这个标志 POLLPRI:：文件中有紧急数据可读 POLLOUT：可以向文件写入数据 POLLERR：文件中出现错误，只限于输出 POLLHUP：与文件的连接被断开了，只限于输出 POLLNVAL：文件描述符是不合法的，即它并没有指向一个成功打开的文件 numfds：需要监听的文件个数，即第一个参数所指向的数组中的元素数目 函数传入值 timeout：表示 pol

45、l 阻塞的超时时间（毫秒）。如果该值小于等于 0，则表示无限等待 函数返回值 成功：返回大于 0 的值，表示事件发生的 pollfd 结构的个数 0：超时；1：出错（3）使用实例。由于多路复用通常用于 I/O 操作可能会被阻塞的情况，而对于可能会有阻塞 I/O的管道、网络编程，本书到现在为止还没有涉及。这里通过手动创建（用 mknod 命令）两个管道文件，重点说明如何使用两个多路复用函数。在本实例中，分别用 select()函数和 poll()函数实现同一个功能，以下功能说明是以 select()函数为例描述的。本实例中主要实现通过调用 select()函数来监听 3 个终端的输入（分别重定向

46、到两个管道文件的虚拟终端以及主程序所运行的虚拟终端），并分别进行相应的处理。在这里我们建立了一个 select()函数监视的读文件描述符集，其中包含 3 个文件描述符，分别为一个标准输入文件描述符和两个管道文件描述符。通过监视主程序的虚拟终端标准输入来实现程序的控制（例如：程序结束）；以两个管道作为数据输入，主程序将从两个管道读取的输入字符串写入到标准输出文件（屏幕）。为了充分表现 select()调用的功能，在运行主程序的时候，需要打开 3 个虚拟终端：首先用 mknod 命令创建两个管道 in1 和 in2。接下来，在两个虚拟终端上分别运行catin1 和 catin2。同时在第三个虚拟终

47、端上运行主程序。在程序运行之后，如果在两个管道终端上输入字符串，则可以观察到同样的内容将在主程序的虚拟终端上逐行显示。如果想结束主程序，只要在主程序的虚拟终端下输入以q或Q字符开头的字符串即可。如果三个文件一直在无输入状态中，则主程序一直处于阻塞状态。为了防止无限期的阻塞，在 select 程序中设置超时值（本实例中设置为 60s），当无输入状态持续到超时值时，主程序主动结束运行并退出。而 poll 程序中依然无限等待，当然 poll()函数也可以设置超时参数。该程序的流程图如图 6.2 所示。嵌入式 Linux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：ww

48、w.embedu.org 获得三个文件描述符（两个管道和标准输入）准备工作：创建两个管道开始初始化读文件描述符集合Select：监视文件描述符集合的文件读文件描述符集合的重置Tmp_inset-Inset有效的文件描述符存在？Select的返回是否输入“q”?打印到屏幕上打印到屏幕上结束是标准输入管道2管道1是否超时/出错 图 6.2 select 实例流程图 使用 select()函数实现的代码如下所示：/*multiplex_select*/#include#include#include#include#include#include#define MAX_BUFFER_SIZE 102

49、4 /*缓冲区大小*/#define IN_FILES 3 /*多路复用输入文件数目*/#define TIME_DELAY 60 /*超时值秒数*/#define MAX(a,b)(a b)?(a):(b)int main(void)int fdsIN_FILES;char bufMAX_BUFFER_SIZE;int i,res,real_read,maxfd;struct timeval tv;fd_set inset,tmp_inset;/*首先以只读非阻塞方式打开两个管道文件*/fds0=0;if(fds1=open(in1,O_RDONLY|O_NONBLOCK)0)嵌入式 Lin

50、ux 应用程序开发标准教程第 6 章、文件I/O编程 嵌入式学院华清远见旗下品牌：www.embedu.org printf(Open in1 errorn);return 1;if(fds2=open(in2,O_RDONLY|O_NONBLOCK)0)printf(Open in2 errorn);return 1;/*取出两个文件描述符中的较大者*/maxfd=MAX(MAX(fds0,fds1),fds2);/*初始化读集合 inset，并在读集合中加入相应的描述集*/FD_ZERO(&inset);for(i=0;i IN_FILES;i+)FD_SET(fdsi,&inset);F