高级IO——异步IO

回顾同时读键盘、鼠标的方法

①多进程                                                参考：高级IO——非阻塞IO

②多线程　　　　　　　　　　　　　 参考：高级IO——非阻塞IO

③将“读鼠标”和“读键盘”设置为非阻塞　参考：高级IO——非阻塞IO

④多路IO（select、poll机制）　　　　参考：高级IO——多路IO

⑤异步IO

③④都是单线的

异步IO的原理

①~④都是主动的去读，对于read函数来说它并不知道是不是一定有数据，如果有数据就读到数据，没有数据要么阻塞直到读到数据为止，要么就不阻塞。实际上除了以上描述的方式外，还有另外一种聪明的方式，那就是使用异步IO的方式来实现。异步IO的原理就是，底层把数据准备好后，内核就会给进程发送一个“异步通知的信号”通知进程，表示数据准备好了，然后调用信号处理函数去读数据，在没有准备好时，进程忙自己的事情。比如使用异步IO读鼠标，底层鼠标驱动把数据准备好后，会发一个“SIGIO”（异步通知信号）给进程，进程调用捕获函数读鼠标，读鼠标的SIGIO捕获函数需要我们自己定义。

举个例子：到吃饭时间了，你可以去饭店排队买饭，也可以提前给老板打电话，饭做好了叫我过去吃

使用异步IO方式读鼠标和键盘

进程正常阻塞读键盘，然后将读鼠标设置为异步IO方式。进程正常阻塞读键盘时，如果鼠标没有数据的话，进程不关心读鼠标的事情，如果鼠标数据来了，底层鼠标驱动就会向进程发送一个SIGIO信号，然后调用注册的SIGIO信号捕获函数读鼠标数据。当然也可以反过来，进程正常阻塞读鼠标，然后将读键盘设置为异步IO方式。

异步IO这个名字怎么理解？

答：比如以异步IO方式读鼠标数据为例，如果知道什么时间数据会来，等这个时间到时再去读数据，这就是步调统一的同步读。如果不知道什么时候会有数据来，这种就只能是什么时候数据来了就什么时候读，这种就是异步的读。之所叫异步，是因为我不知道你什么时候来，没办法统一步调（异步的），只能是随时来是随时读。　　

不过使用异步IO有两个前提：

（1）底层驱动必须要有相应的发送SIGIO信号的代码，只有这样当底层数据准备好后，底层才会发送SIGIO信号给进程。我们之所以可以对鼠标设置异步IO，是因为人家在实现鼠标驱动时，有写发送SIGIO信号的代码，如果驱动程序是我们自己写的，发送SIGIO的代码就需要我们自己来写。

（2）应用层必须进行相应的异步IO的设置，否者无法使用异步IO应用层进行异步IO设置时，使用的也是fcntl函数。

使用异步IO时，应用层的设置步骤

①调用signal函数对SIGIO信号设置捕获函数。在捕获函数里面实现读操作，比如读鼠标。

②使用fcntl函数，将接收SIGIO信号的进程设置为当前进程。如果不设置的，底层驱动并不知道将SIGIO信号发送给哪一个进程。

fcntl(mousefd, F_SETOWN, getpid());

③使用fcntl函数，对文件描述符增设O_ASYNC的状态标志，让fd支持异步IO

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

代码演示

#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);
        
    //为SIGIO设置捕获函数,在捕获函数里面读鼠标    
    signal(SIGIO, signal_fun);
    
    //告诉鼠标驱动,他发送的SIGIO信号由当前进程接收
    fcntl(mousefd, F_SETOWN, getpid());    

    //对mousefd进行设置,让其支持异步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;
}