Linux API. Исчерпывающее руководство

Если ввод/вывод мультиплексируется, то системный вызов (select() или poll()) делается для проверки того, возможно ли выполнить чтение или запись для заданного дескриптора. При вводе/выводе, основанном на сигналах, процесс просит ядро послать ему сигнал о том, что файловый дескриптор поддерживает операции чтения или записи. После этого процесс может выполнять любые другие действия, а о доступности ввода/вывода он будет уведомлен с помощью сигнала. Для использования данной методики программа должна выполнить следующие шаги.

1. Установить обработчик для сигнала, передаваемого механизмом ввода/вывода. По умолчанию это сигнал SIGIO.

2. Установить владельца файлового дескриптора — то есть процесс или группу процессов, которые будут получать сигнал о возможности чтения или записи. Обычно владельцем является вызывающий процесс. Чтобы его установить, выполняется операция fcntl() F_SETOWN следующего вида:

fcntl(fd, F_SETOWN, pid);

3. Включить неблокирующий ввод/вывод путем установки флага состояния открытого файла O_NONBLOCK.

4. Включить ввод/вывод на основе сигналов путем установки флага состояния открытого файла O_ASYNC. Это можно сделать одновременно с предыдущим шагом, так как в обоих случаях нужно выполнять операцию fcntl() F_SETFL (см. раздел 5.3). Например:

flags = fcntl(fd, F_GETFL); /* Текущие флаги */

fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_ASYNC | O_NONBLOCK);

5. После этого вызывающий процесс может заняться другими задачами. Когда ввод/вывод станет возможным, ядро передаст ему сигнал и вызовет соответствующий обработчик, установленный в шаге 1.

6. Ввод/вывод на основе сигналов предоставляет уведомления, срабатывающие по фронту (см. подраздел 59.1.1). То есть процесс, получив уведомление, должен прочитать или записать как можно больше данных. Исходя из того, что файловый дескриптор не блокируется, это значит циклическое выполнение системных вызовов ввода/вывода, пока один из них не завершится ошибкой EAGAIN или EWOULDBLOCK.

На следующих страницах мы сначала рассмотрим пример использования ввода/вывода на основе сигналов, а затем более подробно объясним некоторые из шагов, приведенных выше.

Когда-то ввод/вывод на основе сигналов называли асинхронным, что отразилось на имени соответствующего флага состояния открытого файла (O_ASYNC). Но на сегодняшний день асинхронным вводом/выводом считается механизм, предоставляемый стандартом POSIX AIO. Задействуя этот механизм, процесс просит ядро выполнить операцию ввода/вывода, а то, в свою очередь, инициирует соответствующую операцию, но сразу же передает управление обратно вызывающему процессу; позже, когда операция завершается (успешно или с ошибкой), процесс получает уведомление.

Флаг O_ASYNC появился в спецификации POSIX.1g, но так и не вошел в стандарт SUSv3, поскольку описание его поведения было признано недостаточно подробным.

В некоторых UNIX-системах, особенно более старых, вызов fcntl() не поддерживает константу O_ASYNC. Вместо этого применяется константа FASYNC; в библиотеке glibc она является синонимом O_ASYNC.

Пример программы

Простой пример использования ввода/вывода на основе сигналов показан в листинге 59.3. Данная программа производит вышеприведенные шаги с целью позволить выполнять стандартный ввод с помощью сигналов, а затем переключает терминал в режим cbreak (см. подраздел 58.6.3), чтобы данные можно было вводить посимвольно. После этого она входит в бесконечный цикл, занимаясь инкрементацией переменной cnt, и ждет возможность записи. Когда ввод становится доступным, обработчик SIGIO устанавливает флаг gotSigio, который отслеживается главной программой. Обнаружив данный флаг, она считывает все введенные символы и выводит их вместе с текущим значением переменной cnt. При считывании знака # программа завершается.

Ниже показано, что произойдет, если запустить нашу программу и ввести несколько символов x, завершив ввод знаком #:

$ ./demo_sigio

cnt=37; read x

cnt=100; read x

cnt=159; read x

cnt=223; read x

cnt=288; read x

cnt=333; read #

Листинг 59.3. Использование ввода/вывода на основе сигналов в терминале

altio/demo_sigio.c

#include

#include

#include

#include

#include "tty_functions.h" /* Объявление ttySetCbreak() */

#include "tlpi_hdr.h"

static volatile sig_atomic_t gotSigio = 0;

/* Устанавливаем ненулевое значение при получении SIGIO */

static void

sigioHandler(int sig)

{

gotSigio = 1;

}

int

main(int argc, char *argv[])

{

int flags, j, cnt;

struct termios origTermios;

char ch;

struct sigaction sa;

Boolean done;

/* Устанавливаем обработчик сигнала, оповещающего о возможности ввода/вывода */

sigemptyset(&sa.sa_mask);

sa.sa_flags = SA_RESTART;

sa.sa_handler = sigioHandler;

if (sigaction(SIGIO, &sa, NULL) == -1)

errExit("sigaction");

/* Определяем процесс-владелец, который получит сигнал */

if (fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid()) == -1)

errExit("fcntl(F_SETOWN)");

/* Разрешаем передачу сигнала и делаем ввод/вывод

неблокирующим для заданного дескриптора */

flags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);