高級IO——異步IO

回顧同時讀鍵盤、鼠標的方法

①多進程                                                參考：高級IO——非阻塞IO

②多線程　　　　　　　　　　　　　 參考：高級IO——非阻塞IO

③將“讀鼠標”和“讀鍵盤”設置為非阻塞　參考：高級IO——非阻塞IO

④多路IO（select、poll機制）　　　　參考：高級IO——多路IO

⑤異步IO

③④都是單線的

異步IO的原理

①~④都是主動的去讀，對於read函數來說它並不知道是不是一定有數據，如果有數據就讀到數據，沒有數據要么阻塞直到讀到數據為止，要么就不阻塞。實際上除了以上描述的方式外，還有另外一種聰明的方式，那就是使用異步IO的方式來實現。異步IO的原理就是，底層把數據准備好后，內核就會給進程發送一個“異步通知的信號”通知進程，表示數據准備好了，然后調用信號處理函數去讀數據，在沒有准備好時，進程忙自己的事情。比如使用異步IO讀鼠標，底層鼠標驅動把數據准備好后，會發一個“SIGIO”（異步通知信號）給進程，進程調用捕獲函數讀鼠標，讀鼠標的SIGIO捕獲函數需要我們自己定義。

舉個例子：到吃飯時間了，你可以去飯店排隊買飯，也可以提前給老板打電話，飯做好了叫我過去吃

使用異步IO方式讀鼠標和鍵盤

進程正常阻塞讀鍵盤，然后將讀鼠標設置為異步IO方式。進程正常阻塞讀鍵盤時，如果鼠標沒有數據的話，進程不關心讀鼠標的事情，如果鼠標數據來了，底層鼠標驅動就會向進程發送一個SIGIO信號，然后調用注冊的SIGIO信號捕獲函數讀鼠標數據。當然也可以反過來，進程正常阻塞讀鼠標，然后將讀鍵盤設置為異步IO方式。

異步IO這個名字怎么理解？

答：比如以異步IO方式讀鼠標數據為例，如果知道什么時間數據會來，等這個時間到時再去讀數據，這就是步調統一的同步讀。如果不知道什么時候會有數據來，這種就只能是什么時候數據來了就什么時候讀，這種就是異步的讀。之所叫異步，是因為我不知道你什么時候來，沒辦法統一步調（異步的），只能是隨時來是隨時讀。　　

不過使用異步IO有兩個前提：

（1）底層驅動必須要有相應的發送SIGIO信號的代碼，只有這樣當底層數據准備好后，底層才會發送SIGIO信號給進程。我們之所以可以對鼠標設置異步IO，是因為人家在實現鼠標驅動時，有寫發送SIGIO信號的代碼，如果驅動程序是我們自己寫的，發送SIGIO的代碼就需要我們自己來寫。

（2）應用層必須進行相應的異步IO的設置，否者無法使用異步IO應用層進行異步IO設置時，使用的也是fcntl函數。

使用異步IO時，應用層的設置步驟

①調用signal函數對SIGIO信號設置捕獲函數。在捕獲函數里面實現讀操作，比如讀鼠標。

②使用fcntl函數，將接收SIGIO信號的進程設置為當前進程。如果不設置的，底層驅動並不知道將SIGIO信號發送給哪一個進程。

fcntl(mousefd, F_SETOWN, getpid());

③使用fcntl函數，對文件描述符增設O_ASYNC的狀態標志，讓fd支持異步IO

mouse_fd = open("/dev/input/mouse1", O_RDONLY);                     
flag = fcntl(mouse_fd, F_GETFL);
flag |= O_ASYNC;    //補設O_ASYNC
fcntl(mouse_fd, F_SETFL, flag);

代碼演示

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <errno.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>

void print_err(char *str, int line, int err_no)
{
        printf("%d, %s: %s\n", line, str, strerror(err_no));
        exit(-1);
}

int mousefd = 0;
void signal_fun(int signo)
{
    int buf;
    int ret = 0;

    if(SIGIO == signo)
    {
        bzero(&buf, sizeof(buf));
        ret = read(mousefd, &buf, sizeof(buf));
        if(ret > 0) printf("%d\n", buf);
    }
}

int main(void)
{
    int ret = 0;
    char buf[100] = {0};
    struct pollfd fds[2];
    
    mousefd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if(mousefd == -1) print_err("open mouse0 fail", __LINE__, errno);
        
    //為SIGIO設置捕獲函數,在捕獲函數里面讀鼠標    
    signal(SIGIO, signal_fun);
    
    //告訴鼠標驅動,他發送的SIGIO信號由當前進程接收
    fcntl(mousefd, F_SETOWN, getpid());    

    //對mousefd進行設置,讓其支持異步IO
    int flg = fcntl(mousefd, F_GETFL);
    flg |= O_ASYNC;
    fcntl(mousefd, F_SETFL, flg);
    
    while(1)
    {
        bzero(buf, sizeof(buf));
        ret = read(0, buf, sizeof(buf));
        if(ret > 0) printf("%s\n", buf);
    }

    return 0;
}