上篇文章：介紹了linux中的五種I/O模型，本篇，就來使用阻塞式I/O和非用阻塞式I/O兩種方式進(jìn)行按鍵的讀取實(shí)驗(yàn)，并對比之前使用輸入捕獲和中斷法檢測的按鍵程序，查看CPU的使用率是否降低。

1 阻塞I/O方式的按鍵檢測

1.1 阻塞I/O之等待隊(duì)列

阻塞訪問最大的好處就是當(dāng)設(shè)備文件不可操作的時(shí)候進(jìn)程可以進(jìn)入休眠態(tài)，這樣可以將CPU資源讓出來。但是，當(dāng)設(shè)備文件可以操作的時(shí)候就必須喚醒進(jìn)程，一般在中斷函數(shù)里面完成喚醒工作。Linux 內(nèi)核提供了等待隊(duì)列(wait queue)來實(shí)現(xiàn)阻塞進(jìn)程的喚醒工作。

等待隊(duì)列頭使用結(jié)構(gòu)體wait_queue_head_t 表示：

使用 init_waitqueue_head 函數(shù)初始化等待隊(duì)列頭:

當(dāng)設(shè)備不可用的時(shí), 將這些進(jìn)程對應(yīng)的等待隊(duì)列項(xiàng)(wait_queue_t )添加到等待隊(duì)列里面:

使用宏 DECLARE_WAITQUEUE 定義并初始化一個(gè)等待隊(duì)列項(xiàng):

DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk)

當(dāng)設(shè)備不可訪問的時(shí)候就需要將進(jìn)程對應(yīng)的等待隊(duì)列項(xiàng)添加到前面創(chuàng)建的等待隊(duì)列頭中:

當(dāng)設(shè)備可以訪問以后再將進(jìn)程對應(yīng)的等待隊(duì)列項(xiàng)從等待隊(duì)列頭中刪除即可:

當(dāng)設(shè)備可以使用的時(shí)候就要喚醒進(jìn)入休眠態(tài)的進(jìn)程：

1.2 ?阻塞I/O程序編寫

這里僅介紹與之前按鍵程序的主要區(qū)別。

1.2.1驅(qū)動(dòng)程序

阻塞讀取邏輯如下，首先要定義一個(gè)等待隊(duì)列，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，就要阻塞等待了(將等待隊(duì)列添加到等待隊(duì)列頭)，然后進(jìn)行行一次任務(wù)切換，交出CPU的使用權(quán)。等待有按鍵按下時(shí)，會(huì)有信號喚醒該等待，并將按鍵值返回給應(yīng)用層的程序。

按鍵的定時(shí)器去抖邏輯中的，讀取到按鍵后，觸發(fā)喚醒，這里以其中的一個(gè)按鍵為例，其邏輯如下：

1.2.2 應(yīng)用程序

應(yīng)用程序不需要修改，還使用之前的輪詢讀取的方式，為了在測試時(shí)看出阻塞與非阻塞方式的區(qū)別，在read函數(shù)前后添加打印，如果程序運(yùn)行正常，會(huì)先打印read前一句的打印，直到有按鍵按下后，read函數(shù)才被接觸阻塞，read后一句的打印才會(huì)打印出。

1.2 實(shí)驗(yàn)

和之前一樣，使用Makefile編譯驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，并復(fù)制到nfs根文件系統(tǒng)中。

開始測試，按如下圖，當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，應(yīng)用程序被阻塞：

按鍵程序在后臺運(yùn)行，此時(shí)使用top指令開查看CPU的使用率，可以發(fā)現(xiàn)阻塞式按鍵驅(qū)動(dòng)這種方式，CPU的暫用率幾乎為0，雖然按鍵應(yīng)用程序中仍實(shí)現(xiàn)循環(huán)讀取的方式，但因平時(shí)讀取不到按鍵值，按鍵應(yīng)用程序被阻塞住了，CPU的使用權(quán)被讓出，自然CPU的使用率就降下來了。

2 非阻塞I/O方式的按鍵檢測

按鍵應(yīng)用程序以非阻塞的方式讀取，按鍵驅(qū)動(dòng)程序也要以非阻塞的方式立即返回。應(yīng)用程序可以通過select、poll或epoll函數(shù)來 查詢設(shè)備是否可以操作，驅(qū)動(dòng)程序使用poll函數(shù)。

2.1 非阻塞I/O之select/poll

• select函數(shù)原型：

其中超時(shí)時(shí)間使用結(jié)構(gòu)體timeval表示：

當(dāng)timeout為NULL的時(shí)候就表示無限等待。

• poll函數(shù)原型：

2.2 ?非阻塞I/O程序編寫

2.2.1 驅(qū)動(dòng)程序

poll函數(shù)處理部分：

read函數(shù)處理部分：

2.2.2 應(yīng)用程序

2.2.2.1 poll方式讀取

注意open函數(shù)的參數(shù)是O_NONBLOCK，即非阻塞訪問，并且為了在測試時(shí)看出阻塞讀取與非阻塞讀取的區(qū)別，在poll函數(shù)前后添加打印，如果程序正常運(yùn)行，poll函數(shù)則不會(huì)被阻塞，500ms超時(shí)未讀取到按鍵值后會(huì)再次循環(huán)讀取，實(shí)際效果就是可以看打一直有打印輸出。

? ?

2.2.2.2 select方式讀取

select方式讀取與poll方式類似，都是非阻塞讀取，程序類似：

2.3 實(shí)驗(yàn)

2.3.1 poll方式讀取

和之前一樣，使用Makefile編譯驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，并復(fù)制到nfs根文件系統(tǒng)中。

開始測試，按如下圖，當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，應(yīng)用程序也沒有被阻塞，從不斷的打印就可以看出應(yīng)用程序在循環(huán)運(yùn)行。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，能夠讀取到對應(yīng)的按鍵值。

按鍵程序在后臺運(yùn)行，此時(shí)使用top指令開查看CPU的使用率，可以發(fā)現(xiàn)非阻塞式按鍵驅(qū)動(dòng)這種方式，CPU的暫用率也幾乎為0，雖然按鍵應(yīng)用程序中仍實(shí)現(xiàn)循環(huán)讀取的方式，但poll函數(shù)有500ms的超時(shí)設(shè)置，在超時(shí)等待的時(shí)間里，CPU的使用權(quán)也是被讓出，所以CPU的使用率也降下來了。

2.3.2 select方式讀取

select方式讀取與poll方式讀取的效果一樣。

使用ps指令查看poll方式的按鍵進(jìn)行號，使用kill殺帶該進(jìn)程，再運(yùn)行select方式的按鍵應(yīng)用程序：

select非阻塞讀取的方式，CPU的暫用率也幾乎為0：

3 總結(jié)

本篇使用兩種I/O模型進(jìn)行按鍵讀取：阻塞式I/O和非用阻塞式I/O，通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)，對比兩者方式的實(shí)際運(yùn)行效果與主要區(qū)別，并查看CPU的占用率，兩種方式的CPU使用率都幾乎為0。