1、非阻塞I/O
对低速设备的I/O操作可能会使进程永久阻塞，这类系统调用主要有如下情况：
（1）如果数据并不存在，则读文件可能会使调用者永远阻塞（例如读管道、终端设备和网络设备）。
（2）如果数据不能立即被接受，则写这些同样的文件也会使调用者永远阻塞；
（3）在某些条件发生之前，打开文件会被阻塞（例如以只写方式打开一个FIFO，那么在没有其他进程已用读方式打开该FIFO时）；
（4）对已经加上强制性锁的文件进行读、写；
（5）某些ioctl操作；
（6）某些进程间通信函数；
非阻塞I/O调用open、read和write等I/O操作函数使上述的慢速系统调用在不能立即完成的情况下，立即出错返回。
对一个给定的描述符有两种方法设置其为非阻塞：
（1）如果是调用open以获得该描述符，则可指定O_NONBLOCK标志；
（2）对于已经打开的一个描述符，则可调用fcntl打开O_NONBLOCK文件状态标志（注意：设置文件状态标志的方法）。
写个非阻塞I/O的程序，程序功能是从标准输入读入100 000字节，并试图将它们写到标准输出上。
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1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <errno.h>
5 #include <sys/types.h>
6 #include <fcntl.h>
7
8 char buf[100000];
9 //将描述符设置为阻塞状态
10 void set_fl(int fd,int flags)
11 {
12 int val;
13 val = fcntl(fd,F_GETFL,0); //获取描述符
14 val |= flags; //添加状态
15 fcntl(fd,F_SETFL,val); //设置描述符
16 }
17 void clr_fl(int fd,int flags)
18 {
19 int val;
20 val = fcntl(fd,F_GETFL,0);
21 val &= ~flags; // 取消状态
22 fcntl(fd,F_SETFL,val);
23 }
24 int main()
25 {
26 int ntowrite,nwrite;
27 char *ptr;
28 ntowrite = read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));
29 fprintf(stderr,"read %d bytes\n",ntowrite);
30 set_fl(STDOUT_FILENO,O_NONBLOCK); //设置为阻塞状态
31 ptr = buf;
32 while(ntowrite > 0)
33 {
34 errno = 0;
35 nwrite = write(STDOUT_FILENO,ptr,ntowrite);
36 fprintf(stderr,"nwrite = %d,errno =%d\n",nwrite,errno);
37 if(nwrite > 0)
38 {
39 ptr += nwrite;
40 ntowrite -= nwrite;
41 }
42 }
43 clr_fl(STDOUT_FILENO,O_NONBLOCK); //设置为非阻塞状态
44 exit(0);
45 }
程序执行结果如下：若标准输出是普通文件，则可以期望write只执行一次。
若标识输出是终端，则期望write有时会返回小于100000的一个数字，有时会出错返回。按照下面要求执行，结果如图所示：
anker@killer-anker:~/Programs$ ./nonblock </lib/ld-linux.so.2 2> temp.file
anker@killer-anker:~/Programs$ cat temp.file
程序发出很多write操作，只有几个是正确输出数据的，其余的则出错返回。这种方式叫做轮询，在多用法系统上面浪费了CPU时间。
2、记录锁
记录锁的功能是：一个进程正在读或修改文件的某个部分时，可以阻止其他进程修改同一文件区。对于UNIX，实际上，由于内核没有“记录”的概念，因此，“记录锁”实际上是“区域锁”。
fcntl记录锁：int fcntl(int fd, int cmd, ……/* struct flock *flockptr */);对于记录锁，cmd是F_GETLK，f_SETLK,或F_SETLKW。第三个参数是一个指向flock结构的指针：
struct flock {
short l_type; /* F_RDLCK, F_WRLCK, or F_UNLCK */
off_t l_start;
short l_whence;
off_t l_len;
pid_t l_pid;
}
关于加锁和解锁区域需要注意以下几点：该区域可以在当前文件尾端处开始或越过其尾端处开始，但不能在文件起始位置之前或越过该起始位置；若l_len为0，则表示锁的区域从其起点开始，直至最大可能位置为止。
两种锁：共享读锁（L_RDLCK）和独占写锁（L_WRLCK）的基本规则是，多个进程在一个给定的字节上可以有一把共享的读锁。但是在一个给定字节上的写锁则只能由一个进程独用。加读锁时，该描述符必须是读打开；加写锁时，该描述符必须是写打开的。
不同类型锁之间的兼容性如下：
|
|
读锁 |
写锁 |
|
无锁 |
允许 |
允许 |
|
一把或多把读锁 |
允许 |
拒绝 |
|
一把写锁 |
拒绝 |
拒绝 |
关于记录锁的自动继承和释放有三条规则：
（1）锁与进程、文件两方面有关：第一，当一个进程终止时，它锁建立的锁全部释放；第二，任何时候关闭一个描述符，则该进程通过这一描述符可以访问的文件上的任何一把锁都被释放。
（2）由fork产生的子进程不继承父进程所设置的锁。
（3）在执行exec后，新程序可以继承原执行程序的锁。
3、I/O多路转接
其基本思想是：先构造一张有关描述符的表，然后调用一个函数，它要到这些描述符中的一个已准备好进行I/O时才返回。在返回时，它告诉进程哪一个描述符已准备好。select、pselect和poll函数能执行I/O多路转接。函数原型如下：
int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout);返回准备就绪的描述符数，超时则为0，出错为-1
参数timeout指定内核等待的时间，其结构如下：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
}
传给select的参数告诉内核：我们所关心的描述符；对于每个描述符我们所关心的条件；希望等待多长时间。
从select返回时，内核告诉我们：已准备好的描述符数量；哪一个描述符已准备好读、写或异常条件。
写个程序练习select函数，每隔5秒进行读取操作，程序如下：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <errno.h>
5 #include <sys/types.h>
6 #include <sys/select.h>
7
8 int main()
9 {
10 fd_set rfds;
11 struct timeval tv;
12 int retval;
13 char buf[1024];
14 for(;;)
15 {
16 FD_ZERO(&rfds);
17 FD_SET(STDIN_FILENO, &rfds);
18 /* Wait up to five seconds. */
19 tv.tv_sec = 5;
20 tv.tv_usec = 0;
21 retval = select(1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
22 /* Don't rely on the value of tv now! */
23 if (retval)
24 {
25 printf("Data is available now.\n");
26 if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &rfds))
27 {
28 read(STDIN_FILENO,buf,1024);
29 printf("Read buf is: %s\n",buf);
30 }
31 }
32 else
33 printf("No data within five seconds.\n");
34 }
35 exit(0);
36 }
程序执行结果如下：
int pselect (int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set * writeset, fd_set * exceptset, const struct timespec * timeout, const sigset_t *sigmask);
返回：准备好的描述字个数，0－超时，－1－出错。
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */
short events; /* requested events */
short revents; /* returned events */
};
关于I/O多路转接将会在Unix网络编程中详细学习，在本章主要是了解这思想。
4、异步I/O
SVR4和4.3+BSD提供了使用一个信号（在SVR4中是SIGPOLL,在4.3+BSD中是SIGIO）的异步I/O方法，该信号通知进程，对某个描述符所关心的某个事件已经发生。异步I/O的一个限制是每个进程只有一个信号。
5、readv和writev函数
头文件：#include <sys/uio.h>
函数原形： ssize_t readv(int filedes,const struct iovec *iov,int iovcnt);
ssize_t writev(int filedes,const struct iovec *iov,int iovcnt);
参数：filedes 文件描述符
iov 指向iovec结构数组的一个指针。
iovcnt 数组元素的个数
返回值：若成功则返回已读、写的字节数，若出错则返回-1
struct iovec {
void *iov_base; /* 起始地址 */
size_t iov_len; /* 需要传输的字节数 */
};
readv() 系统调用从文件描述符 fd 关联的文件里读取数据到 iovcnt 个由 iov 结果描述的缓存区里。(分散读)
writev() 系统调用把 iovcnt 个由 iov 结构描述的缓存区数据写入文件描述符 fd 关联的文件里。(聚合写)
写个程序从标准输入读取数据存放到多个缓冲区中，然后从标准输出显示结果，程序如下：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <errno.h>
5 #include <sys/uio.h>
6 #include <fcntl.h>
7 #include <string.h>
8
9 int main(int argc,char *argv[])
10 {
11 int fd1,fd2;
12 char *buf1 = malloc(10);
13 char *buf2 = malloc(1024);
14 struct iovec iov[2];
15 memset(buf1,0,11);
16 memset(buf2,0,1025);
17 ssize_t nwritten;
18 iov[0].iov_base = buf1;
19 iov[0].iov_len = 10;
20 iov[1].iov_base = buf2;
21 iov[1].iov_len = 1024;
22 readv(STDIN_FILENO,iov,2);
23 printf("call readv:\n");
24 printf("buf1 is: %s\tlength is: %d\n",buf1,strlen(buf1));
25 printf("buf2 is: %s\tlength is: %d\n",buf2,strlen(buf2));
26 printf("call writev:\n");
27 iov[0].iov_base = buf1;
28 iov[0].iov_len = strlen(buf1);
29 iov[1].iov_base = buf2;
30 iov[1].iov_len = strlen(buf2);
31 nwritten = writev(STDOUT_FILENO, iov, 2);
32 free(buf1);
33 free(buf2);
34 exit(0);
35 }
程序结果如下：