如何理解io？
IO指的是计算机系统中输入（input）和输出（Output）的过程，以计算机本身为参照物，是计算机与外部设备进行数据交互的机制。
输入（Input）是向计算机发送数据的过程，而输出（Output）是从计算机向外部设备发送数据的过程。
IO操作主要包括等待和拷贝两个步骤：
IO = 等待 + 拷贝（等待是主要矛盾）
在等待外部设备准备好数据后，CPU通过针脚发送中断信号通知操作系统。操作系统进入内核态，进行数据拷贝。
因此，IO操作基本可以概括为等待和拷贝两个动作。
高效IO
在IO操作中，时间主要消耗在等待上，因为拷贝的时间相对于等待来说要短得多。
高效的IO操作意味着减少等待时间，从而增加拷贝操作在整个过程中的比重。
第一种IO模型：阻塞IO模型
阻塞IO模型的特点是在系统调用时，如果外部设备未准备好数据，进程会一直等待数据准备就绪。一旦数据准备好，数据就会从内核空间拷贝到用户空间，并返回成功标识符。
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
第二种IO模型：非阻塞IO模型
非阻塞IO模型与阻塞IO模型的最大区别在于，当没有数据可用时，非阻塞IO会立即返回，并返回EWOULDBLOCK错误码。
#include <iostream> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> using namespace std; void SetNoBlock(int fd){ int info=fcntl(fd,F_GETFL); if(info
第三种IO模型：信号驱动IO模型
在信号驱动IO模型中，当内核准备好数据时，会使用SIGIO信号通知应用程序进行IO操作。
与非阻塞IO不同的是，信号驱动IO不会循环检测数据是否准备好，而是当数据真正可用时发送SIGIO信号，确保IO操作成功。
第四种IO模型：IO多路转接模型
IO多路转接模型包括select、poll和epoll等方法。通过允许单个线程同时监控多个文件描述符的I/O状态，可以避免为每个I/O操作创建单独线程，从而减少资源消耗和上下文切换开销。
虽然图示上看起来与阻塞IO模型类似，但IO多路转接的关键在于可以一次性等待多个文件的状态变化（一切皆文件）。
第五种IO模型：异步IO模型
前四种模型都是同步IO，因为它们参与了等待或拷贝的过程。阻塞IO参与了等待和拷贝，非阻塞IO至少参与了拷贝，IO多路转接可以管理多个文件并设置为非阻塞。
异步IO则直接返回，等待和拷贝的过程都由系统完成。处理完成后，系统通过事件、信号等方式通知应用程序。
同步通信和异步通信
同步通信需要参与等待和拷贝的过程，参与其中任何一个步骤即为同步。
异步通信虽然也需要等待和拷贝，但这两个过程完全由系统完成，调用者无需关心这两个过程。系统处理完毕后会通知调用者。
需要注意的是，线程同步和线程互斥与此概念不同。它们是为了保护临界资源，确保资源的一致性。
阻塞和非阻塞
阻塞调用会在调用成功之前挂起线程，直到得到结果后才返回。
非阻塞调用会立即返回，不会阻塞线程。
fcntl函数
文件描述符默认是阻塞的。
函数原型
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
cmd是命令，指定操作类型。主要操作类型包括：
- 获取、设置文件状态信息：cmd=F_GETFL，F_SETFL。
- 复制现有描述符：cmd=F_DUPFD。
- 获取、设置文件描述符标志：cmd=F_GETFD，F_SETFD。
- 获取、设置异步IO所有权：cmd=F_GETOWN，F_SETOWN。
- 获取、设置记录锁：cmd=F_GETLK，F_SETLK，F_SETLKW。
| cmd | 功能 |
|---|---|
| F_GETFL，F_SETFL | 获取、设置文件状态信息 |
| F_DUPFD | 复制现有描述符 |
| F_GETFD，F_SETFD | 获取、设置文件描述符标志 |
| F_GETOWN，F_SETOWN | 获取、设置异步IO所有权 |
| F_GETLK，F_SETLK，F_SETLKW | 获取、设置记录锁 |
根据cmd的不同，可能需要传递额外的参数。例如，设置类的操作需要加入文件状态信息，如O_NONBLOCK用于设置非阻塞模式。
F_DUPFD功能
在F_DUPFD中，返回新的文件描述符，可以设置新描述符的最小值。如果该值已被占用，则生成一个比该值更大的描述符。
#include <iostream> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> using namespace std; int main() { int fd = open("example.txt", O_RDONLY|O_CREAT); if (fd == -1) { perror("open"); return 1; } int new_fd = fcntl(fd, F_DUPFD, 20); // 复制文件描述符，新描述符值大于等于10 if (new_fd == -1) { perror("fcntl"); close(fd); return 1; } printf("Original fd: %d, New fd: %dn", fd, new_fd); cout
F_GETFL和F_SETFL功能
使用F_GETFL和F_SETFL命令可以获取和设置文件状态标志。文件状态标志包括O_APPEND、O_NONBLOCK等。
非阻塞：O_NONBLOCK。
#include <iostream> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> using namespace std; void SetNoBlock(int fd){ int info=fcntl(fd,F_GETFL); if(info
结束语
至此，我们已经深入探讨了计算机科学中的诸多重要概念，包括I/O操作、线程同步与互斥、文件描述符管理等。理解这些概念对于编写高效、可靠的程序至关重要。希望本文能够为您的学习和实践提供有益的参考。如果您在实际编程中遇到任何问题，建议查阅相关文档或进一步研究具体案例。感谢您的阅读，祝您在编程的道路上不断进步！
