阻塞，非阻塞访问与异步通知的比较

阻塞，非阻塞访问与异步通知的比较

最近在编写字符设备驱动，在使用场景上面存在不同的实现：阻塞I/O，非阻塞I/O和异步通知三种，之前都是朦朦胧胧知道三者区别，而没有认真的学习三者不同，这这篇文章中我会仔细的比较三者的区别。

###设备的阻塞访问 指的是执行设备操作时如果无法回去资源，那么挂起进程，挂起的进程进入休眠状态，kernel将其从rq中移出，直到条件满足，示例代码：

char buf;
fd = open("/dev/ttyS1",O_RDWR);
...
res = read(fd,&buf,1);
if(res == 1)
   printf("%c\n",buf);

阻塞访问的优点就是节省CPU资源，资源没有得到满足，那么挂起即可，进程进入休眠状态，将cpu资源让给其他进程（当然如果进入休眠，那么当资源满足，我们需要一种方式唤醒这个休眠进程，可以使用信号）。阻塞I/O 一般使用等待队列来实现。

###设备的非阻塞访问 指的是如果得不到资源，那么立即返回，并不挂起这个进程，我们可以不断的轮训这个设备，直到这个设备满足资源。

char buf;
fd = open("/dev/ttyS1",O_RDWR | O_NONBLOCK);
...
while(read(fd,&buf,1)!= 1)
   printf("%c\n",buf);

非阻塞访问的最大缺点是因为要不停的轮训设备，会浪费大量的cpu时间，但是我们可以借助sigaction通过异步通知的方式访问串口提高cpu利用率，说到非阻塞，通常会用到select() poll() 系统调用，这两个调用最后都会调用到驱动设备中的poll函数。

poll函数原型是unsigned int (* poll)(struct file *filp,struct poll_table *wait),在驱动里面，调用poll_wait() 向poll_table注册等待队列，当字符设备中存在数据时，return POLLIN，POLLRDNORM，POLLOUT。这里我们要注意：设备驱动的poll函数本身并不会阻塞，但是poll和select()系统调用会阻塞等待文件描述符集合中的至少一个可访问或者超时。

###异步通知

异步通知的全程是“信号驱动的异步I/O”，也就是说一旦设备准备就绪，主动通知应用程序，这样应用程序根本就不需要查询设备状态。

我们可以使用信号来通知设备处理,其中STDIN_FILENO是int类型，不同于STDIN 的FILE * 类型，使用signal添加信号处理函数，使用fcntl()设置SIGIO信号被STDIN_FILENO接收，之后使用O_ASYNC 使得IO具有异步特性。

#include < sys/types.h >
#include < sys/stat.h >
#include < stdio.h >
#include < fcntl.h >
#include < signal.h >
#include < unistd.h >
 
#define MAX_LEN 100
 
void input_handler(int num)
{
        char data[MAX_LEN];
        int len;
 
        len = read(STDIN_FILENO,&data,MAX_LEN);
        data[len] = 0;
        printf("input:%s\n",data);
}
 
int main()
{
        int oflags;
        signal(SIGIO,input_handler);
        fcntl(STDIN_FILENO,F_SETOWN,getpid());
        oflags = fcntl(STDIN_FILENO,F_GETFL);
        fcntl(STDIN_FILENO,F_SETFL,oflags | O_ASYNC);
 
        while(1);
}

[1] UNIX 高级编程

[2] Linux 设备驱动开发

[3] http://stackoverflow.com/questions/15102992/what-is-the-difference-between-stdin-and-stdin-fileno

[4] http://www.c4learn.com/c-programming/c-reference/fread-function/