嵌入式Linux应用程序开发详解 第六章 文件IO编程.pdf

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1、华清远见嵌入式培训专家 http:/ 华清远见培训教材 “黑色经典”系列之嵌入式“黑色经典”系列之嵌入式 Linux 应用程序开发详解应用程序开发详解 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 Li

2、nux 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 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子

3、书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。华清远见嵌入式培训专家 http:/ 华清远见培训教材 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地理解。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

4、用户程序不能直接访问系统内核提供的服务呢？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，处理完后再返回到用户空间。Linux 系

5、统调用部分是非常精简的系统调用（只有 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 A

6、PI 函数不需要调用相应的系统调用（因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。6.1.3 系统命令 以上讲解了系统调用、用户编程接口（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

7、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。它们之间的关系如下图 6.1 所示。更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。嵌入式 Linux 应用程序开发详解第 6 章、文件 IO 编程 华清远见培训教材 用户编程接口 API 系统命令 系统调用 内核空间 用户空间 图 6.1 系统调用、API及系统命令之间的关系 6.2 Linux 中文件及文

8、件描述符概述 正如第 1 章中所述，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？这里用到的就是一个重要的概念文件描述符。对于 Linux 而言，所有对设备和文件的操作都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

9、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

10、最常用的操作之一，希望读者能够很好地掌握。6.3 不带缓存的文件 I/O 操作 本节主要介绍不带缓存的文件 I/O 操作，主要用到 5 个函数：open、read、write、lseek和 close。这里的不带缓存是指每一个函数都只调用系统中的一个函数。这些函数虽然不是 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。华清远见嵌入式培训专家 http:/ 华清远见培训教材 ANSI C 的组成部分，但是是 POSIX 的组成部分。6.3.1 ope

11、n 和 close（1）open 和 close 函数说明 open 函数是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 函数是用于关闭一个打开文件。当一个进程终止时，它所有已打开的文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。（2）open 和 close 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 所需头文件#include /提供类型 pid_t 的定义#include#include 续表 函数原型 int open(const char*pathname，flags，in

12、t perms)pathname 被打开的文件名（可包括路径名）O_RDONLY：只读方式打开文件 O_WRONLY：可写方式打开文件 O_RDWR：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 O_NOCTTY：使用本参数时，如文件为终端，那么终端不可以作为调用 open()系统调用的那个进程的控制终端 O_TRUNC：如文件已经存在，并且以只读或只写成功打开，那么会先全部删除文件中原有数据 flag：文件打 开 的 方式 O+APPEND：

13、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 函数传入值 perms 被打开文件的存取权限，为 8 进制表示法 函数返回值 成功：返回文件描述符 失败：1 在 open 函数中，flag 参数可通过“|”组合构成，但前 3 个函数不能相互组合。perms 是文件的存取权限，采用 8 进制表示法，相关内容读者可参见第 2 章。close 函数的语法格式如下表 6.2 所示。表 6.2 close 函数语法要点 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害

14、到您的版权请联系我们。嵌入式 Linux 应用程序开发详解第 6 章、文件 IO 编程 华清远见培训教材 所需头文件#include 函数原型 int close(int fd)函数输入值 fd：文件描述符 函数返回值 0：成功 1：出错 （3）open 和 close 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_WRONLY，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：/*open.c*/#include#include#include#include#include#

15、include int main(void)int fd;/*调用 open 函数，以可读写的方式打开，注意选项可以用“|”符号连接*/if(fd=open(/tmp/hello.c,O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY,0600)0)perror(open:);exit(1);else printf(Open file:hello.c%dn,fd);if(close(fd)0)perror(close:);exit(1);else printf(Close );exit(0);root(none)1#./open 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z

16、b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。华清远见嵌入式培训专家 http:/ 华清远见培训教材 Open file:hello.c 3 Close hello.c root(none)tmp#ls-l|grep hello.c-rw-1 root root 0 Dec 4 00:59 hello.c 经过交叉编译后，将文件下载到目标板，则该可执行文件运行后就能在目录/tmp 下新建一个 hello.c 的文件，其权限为 0600。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

17、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，加依据 close(0)，则此后在 open 函数时返回的文件描述符为 0（若关闭文件描述符 1，则在执行时会由于没有标准输出文件而无法输出）。6.3.2 read、write 和 lseek（1）read、write 和 lseek 函数作用 read 函数是用于将指定的文件描述符中读出数据。当从终端设备文件中读出数据时，通常一次最多读一行。write 函数是用于向打开的文件写数据，写操作从文件的当前位移量处开始。若磁盘已满或超出该文件的长度，则 write 函数

18、返回失败。lseek 函数是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。（2）read 和 write 函数格式 read 函数的语法格式如下表 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

19、式如下表 6.4 所示。表 6.4 write 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)更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。嵌入式 Linux 应用程序开发详解第 6 章、文件 IO 编程 华清远见培训教材 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

20、 在写普通文件时，写操作从文件的当前位移处开始。lseek 函数的语法格式如下表 6.5 所示。表 6.5 lseek 函数语法要点 所需头文件#include#include 函数原型 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，单位是字节的数量，可正可负（向前移，向后移）续表 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

21、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 该示例程序首先打开上一节中创建的文件，然后对此文件进行读写操作（记得要将文件打开属性改为可读写，将文件权限也做相应更改）。接着，写入“Hello!Im writing to this file!”，此时文件指针位于文件尾部。接着在使用 lseek 函数将文件指针移到文件开始处，并读出 10个字节并将其打印出来。程序源代码如下所示：/*write.c*/#include#include#include#include#include#include#include#define MAXS

22、IZE 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。华清远见嵌入式培训专家 http:/ 华清远见培训教材 int main(void)int i,fd,size,len;char*buf=Hello!Im writing to this file!;char buf_r10;len=strlen(buf);/*首先调用 open 函数，并指定相应的权限*/if(fd=open(/tmp/hello.c,O_CREAT|O_TRUNC|O_RDW

23、R,0666)0)perror(open:);exit(1);else printf(open file:hello.c%dn,fd);/*调用 write 函数，将 buf 中的内容写入到打开的文件中*/if(size=write(fd,buf,len)0)perror(write:);exit(1);else printf(Write:%sn,buf);/*调用 lsseek 函数将文件指针移到文件起始，并读出文件中的 10 个字节*/lseek(fd,0,SEEK_SET);if(size=read(fd,buf_r,10)0)perror(read:);exit(1);else pri

24、ntf(read form file:%sn,buf_r);if(close(fd)0)perror(close:);exit(1);else printf(Close );exit(0);root(none)1#./write open file:hello.c 3 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。嵌入式 Linux 应用程序开发详解第 6 章、文件 IO 编程 华清远见培训教材 Write:Hello!Im writing to

25、this file!read form file:Hello!Im Close hello.c root(none)1#cat/tmp/hello.c Hello!Im writing to this file!6.3.3 fcntl（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，这一节将讨论的是，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

26、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 中，实现文件上锁的函数有 lock 和 fcntl，其中 flock 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进行上锁，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

27、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，它还可以改变文件进程各方面的属性，在本节中，主要介绍它建立记录锁的方法，关于它其他用户感兴趣的读者可以参看 fcntl 手册。（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)fd：文件描述符 F_DUPFD：复制文件描述符 F_GETFD：获得 fd 的 close-

28、on-exec 标志，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，该标志以参数 arg 的 FD_CLOEXEC 位决定 F_GETFL：得到 open 设置的标志 函数传入值 cmd F_SETFL：改变 open 设置的标志 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。华清远见嵌入式培训专家 http:/ 华清远见培训教材 F_GETFK：根据 lock 描述，决定是否上文

29、件锁 F_SETFK：设置 lock 描述的文件锁 F_SETLKW：这是 F_SETLK 的阻塞版本（命令名中的 W 表示等待（wait）。如果存在其他锁，则调用进程睡眠；如果捕捉到信号则睡眠中断 F_GETOWN：检索将收到 SIGIO 和 SIGURG 信号的进程号或进程组号 F_SETOWN：设置进程号或进程组号 Lock：结构为 flock，设置记录锁的具体状态，后面会详细说明 函数返回值 成功：0 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

30、 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

31、说明为 0，l_whence 说明为 SEEK_SET，l_len 说明为 0。（3）fcntl 使用实例 下面首先给出了使用 fcntl 函数的文件记录锁函数。在该函数中，首先给 flock 结构体的对应位赋予相应的值。接着使用两次 fcntl 函数分别用于给相关文件上锁和判断文件是否可以上锁，这里用到的 cmd 值分别为 F_SETLK 和 F_GETLK。这个函数的源代码如下所示：更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。嵌入式 Linu

32、x 应用程序开发详解第 6 章、文件 IO 编程 华清远见培训教材/*lock_set 函数*/void lock_set(int fd,int type)struct flock lock;lock.l_whence=SEEK_SET;/赋值 lock 结构体 lock.l_start=0;lock.l_len=0;while(1)lock.l_type=type;/*根据不同的 type 值给文件上锁或解锁*/if(fcntl(fd,F_SETLK,&lock)=0)if(lock.l_type=F_RDLCK)printf(read lock set by%dn,getpid();els

33、e if(lock.l_type=F_WRLCK)printf(write lock set by%dn,getpid();else if(lock.l_type=F_UNLCK)printf(release lock by%dn,getpid();return;/*判断文件是否可以上锁*/fcntl(fd,F_GETLK,&lock);/*判断文件不能上锁的原因*/if(lock.l_type!=F_UNLCK)/*/该文件已有写入锁*/if(lock.l_type=F_RDLCK)printf(read lock already set by%dn,lock.l_pid);/*该文件已有读

34、取锁*/else if(lock.l_type=F_WRLCK)printf(write lock already set by%dn,lock.l_pid);getchar();下面的实例是测试文件的写入锁，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：/*fcntl_write.c 测试文件写入锁主函数部分*/#include#include 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。华清远见嵌入式培

35、训专家 http:/ 华清远见培训教材#include#include#include#include int main(void)int fd;/*首先打开文件*/fd=open(hello,O_RDWR|O_CREAT,0666);if(fd 0)perror(open);exit(1);/*给文件上写入锁*/lock_set(fd,F_WRLCK);getchar();/*给文件接锁*/lock_set(fd,F_UNLCK);getchar();close(fd);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

36、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：rootlocalhost file#./fcntl_write write lock set by 4994 release lock by 4994 终端二：rootlocalhost file#./fcntl_write write lock already set by 4994 更多电子书教程下载请登陆h t t p

37、:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。嵌入式 Linux 应用程序开发详解第 6 章、文件 IO 编程 华清远见培训教材 write lock set by 4997 release lock by 4997 由此可见，写入锁为互斥锁，一个时刻只能有一个写入锁存在。接下来的程序是测试文件的读取锁，原理同上面的程序一样。/*fcntl_read.c 测试文件读取锁主函数部分*/#include#include#include#include#include#include int

38、 main(void)int fd;fd=open(hello,O_RDWR|O_CREAT,0666);if(fd 0)perror(open);exit(1);/*给文件上读取锁*/lock_set(fd,F_RDLCK);getchar();/*给文件接锁*/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：rootlocalhost file#./fcntl2 read lock set by 5009 release lock by 5009 终端二：更多电子书教程

39、下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。华清远见嵌入式培训专家 http:/ 华清远见培训教材 rootlocalhost file#./fcntl2 read lock set by 5010 release lock by 5010 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已设定读取锁后，进程 5010 还可以设置读取锁。思考 如果在一个终端上运行设置读取锁，则在另一个终端上运行设置写入锁，会有什么结果呢？6

40、.3.4 select（1）select 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。阻塞 I/O 模型：在这种模型下，若所调用的 I/O 函数没有完成相关的功能就会使进程挂起，直到相关数据到才会出错返回。如常见对管道设备、终端设备和网络设备进行读写时经常会出现这种情况。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，而且返回一个错误。非阻塞 I/O 使用户可以调用不会永远阻塞的 I/O 操作，如 open、write和 read。如果该操作不能完成，则会立即出错返回，且表示该

41、I/O 如果该操作继续执行就会阻塞。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。如本节要介绍的 select 函数和 poll 函数，就是属于这种模型。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。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 的 I/O

42、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 函数返回时，内核会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 返回值，就可以调用相应的 I/O 处理函数了。（2）select 函数格式 Select 函数的语法格式如表 6.8 所示。表 6.8 fcntl 函数语法要点 所需头文件#include#include 更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及

43、或侵害到您的版权请联系我们。嵌入式 Linux 应用程序开发详解第 6 章、文件 IO 编程 华清远见培训教材#include 函数原型 int select(int numfds,fd_set*readfds,fd_set*writefds，fd_set*exeptfds,struct timeval*timeout)numfds：需要检查的号码最高的文件描述符加 1 readfds：由 select()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 NULL：永远等待，直到捕捉到信号或

44、文件描述符已准备好为止 具体值：struct timeval 类型的指针，若等待为 timeout 时间还没有文件描符准备好，就立即返回 函数传入值 timeout 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 成功：准备好的文件描述符 1：出错 思考 请读者考虑一下如何确定最高的文件描述符？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到 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

45、*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)测试该集中的一个给定位是否有变化 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 测试描述符集，在执行完对相关后文件描述符后，使用 FD_CLR 来清楚描述符集。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

46、timeval long tv_sec;/*second*/long tv_unsec;/*and microseconds*/可以看到，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。（3）使用实例 由于 Select 函数多用于 I/O 操作可能会阻塞的情况下，而对于可能会有阻塞 I/O 的管道、更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。华清远见嵌入式培训专家 http:/ 华清远见培训教材 网络编程，本书到现在为

47、止还没有涉及。因此，本例主要表现了如何使用 select 函数，而其中的 I/O 操作是不会阻塞的。本实例中主要实现将文件 hello1 里的内容读出，并将此内容每隔 10s 写入 hello2 中去。在这里建立了两个描述符集，其中一个描述符集 inset1 是用于读取文件内容，另一个描述符集 inset2 是用于写入文件的。两个文件描述符 fds0和 fds1分别指向这一文件描述符。在首先初始化完各文件描述符集之后，就开始了循环测试这两个文件描述符是否可读写，由于在这里没有阻塞，所以文件描述符处于准备就绪的状态。这时，就分别对文件描述符 fds0和fsd1进行读写操作。该程序的流程图如图 6

48、.2 所示。/*select.c*/#include#include#include#include#include int main(void)int fds2;char buf7;int i,rc,maxfd;fd_set inset1,inset2;struct timeval tv;/*首先按一定的权限打开 hello1 文件*/if(fds0=open(hello1,O_RDWR|O_CREAT,0666)0)perror(open hello1);/*再按一定的权限打开 hello2 文件*/if(fds1=open(hello2,O_RDWR|O_CREAT,0666)fds1?

49、fds0:fds1;/*初始化读集合 inset1，并在读集合中加入相应的描述集*/FD_ZERO(&inset1);FD_SET(fds0,&inset1);/*初始化写集合 inset2，并在写集合中加入相应的描述集*/FD_ZERO(&inset2);更多电子书教程下载请登陆h t t p:/d o w n.z z b a i k e.c o m/e b o o k 本站提供的电子书教程均为网上搜集，如果该教程涉及或侵害到您的版权请联系我们。嵌入式 Linux 应用程序开发详解第 6 章、文件 IO 编程 华清远见培训教材 FD_SET(fds1,&inset2);tv.tv_sec=2

50、;tv.tv_usec=0;/*循环测试该文件描述符是否准备就绪，并调用 select 函数对相关文件描述符做对应操作*/while(FD_ISSET(fds0,&inset1)|FD_ISSET(fds1,&inset2)if(select(maxfd+1,&inset1,&inset2,NULL,&tv)0)bufrc=0;printf(read:%sn,buf);else perror(read);if(FD_ISSET(fds1,&inset2)rc=write(fds1,buf,7);if(rc0)bufrc=0;printf(rc=%d,write:%sn,rc,buf);else