單執行緒I/O超時處理

UNIX下的I/O超時處理是一個很常見的問題, 它的通常做法是接收輸入(或傳送輸出)後立刻返回, 如果無輸入(或輸出)則n秒後定時返回.
一般情況下, 處理UNIX中I/O超時的方式有終端方式, 訊號跳轉方式和多路複用方式等三種. 本節設計一個定時I/O的例子, 它從檔案描述符0中讀取一個字元, 當有輸入時繼續, 或者3秒鐘後超時退出,並列印超時資訊.
(1) 終端I/O超時方式
利用ioctl函式, 設定檔案描述符對應的標準輸入檔案屬性為”接收輸入後立刻返回, 如無輸入則3秒後定時返回.
[[email protected] Unix_study]$ cat timeout1.c
#include <unistd.h>
#include <termio.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
        struct termio old, new;
        char c = 0;
        ioctl(0, TCGETA, &old);
        new = old;
        new.c_lflag &= ~ICANON;
        new.c_cc[VMIN] = 0;
        new.c_cc[VTIME] = 30;         // 設定檔案的超時時間為3秒
        ioctl(0, TCSETA, &new);
        if((read(0, &c, 1)) != 1)
                printf("timeout\n");
        else
                printf("\n%d\n", c);
        ioctl(0, TCSETA, &old);
        return 0;
}

[

[email protected] Unix_study]$ make timeout1
cc     timeout1.c   -o timeout1
[[email protected] Unix_study]$ ./timeout1
x
120
[[email protected] Unix_study]$ ./timeout1
timeout
(2) 訊號與跳轉I/O超時方式
在read函式前呼叫setjmp儲存堆疊資料並使用alarm設定3秒定時.
[[email protected] Unix_study]$ cat timeout2.c
#include <setjmp.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
int timeout = 0;
jmp_buf env;
void timefunc(int sig){
        timeout = 1;
        longjmp(env, 1);
}
int main()
{
        char c;
        signal(SIGALRM, timefunc);
        setjmp(env);
        if(timeout == 0){
                alarm(3);
                read(0, &c, 1);
                alarm(0);
                printf("%d\n", c);
        }
        else
                printf("timeout\n");
        return 0;

}

[

[email protected] Unix_study]$ make timeout2
cc     timeout2.c   -o timeout2
[[email protected] Unix_study]$ ./timeout2
v                   // 需要按Enter健啟用輸入
118
[[email protected] Unix_study]$ ./timeout2
timeout
[[email protected] Unix_study]$
(3) 多路複用I/O超時方式
一個程序可能同時開啟多個檔案, UNIX中函式select可以同時監控多個檔案描述符的輸入輸出, 程序將一直阻塞, 直到超時或產生I/O為止, 此時函式返回, 通知程序讀取或傳送資料.
函式select的原型如下:
#include <sys/types.h>
#include <sys/times.h>
#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);    // 從fdset中刪去檔案描述符fd
FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);   // 查詢檔案描述符是否在fdset中
FD_SET(int fd, fd_set *fdset);     // 在fdset中插入檔案描述符fd
FD_ZERO(fd_set *fdset);        // 清空fdset
引數nfds是select監控的檔案描述符的時間, 一般為監控的最大描述符編號加1.
型別fd_set是檔案描述符集合, 其元素為監控的檔案描述符.
引數timeout是描述精確時間的timeval結構,它確定了函式的超時時間,有三種取值情況:
a) NULL. 函式永遠等待, 直到檔案描述符就緒.
b) 0. 函式不等待, 檢查檔案描述符狀態後立即返回.
c) 其他值. 函式等待檔案描述符就緒, 或者定時完成時返回.
函式select將返回檔案描述符集合中已準備好的檔案總個數. 函式select返回就緒檔案描述符數量後, 必須執行read等函式, 否則函式繼續返回就緒檔案數.

[

[email protected] Unix_study]$ cat timeout3.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/times.h>
#include <sys/select.h>
int main()
{
        struct timeval timeout;
        fd_set readfds;
        int i;
        char c;
        timeout.tv_sec = 3;
        timeout.tv_usec = 0;
        FD_ZERO(&readfds);
        FD_SET(0, &readfds);
        i = select (1, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
        if(i > 0){

                read(0, &c, 1);

                printf("%d\n", c);

        }
        else if(i == 0)
                printf("timeout\n");
        else
                printf("error\n");
        return 0;

}
[[email protected] Unix_study]$ make timeout3
cc     timeout3.c   -o timeout3
[[email protected] Unix_study]$ ./timeout3
x
120
[[email protected] Unix_study]$

[[email protected] Unix_study]$ ./timeout3

timeout

[[email protected] Unix_study]$