В действительности человек, ожидающий опустения или заполнения сушилки, не должен просто неподвижно стоять. [101] Вместо этого незанятый супруг мог бы пойти и найти другую работу по кухне (такую, как подметание всех крошек за детьми на полу), пока сушилка снова не будет готова.
На языке Unix/POSIX эта концепция обозначается термином неблокирующий ввод/вывод, т.е. запрошенный ввод/вывод либо завершается, либо возвращает значение ошибки, указывающее на отсутствие данных (для читающего) или отсутствие места (для записывающего). Неблокирующий ввод/вывод применяется к каналам и FIFO, а не к обычным файлам на диске. Он может применяться также и к определенным устройствам, таким как терминалы, и к сетевым соединениям, обе эти темы выходят за рамки данной книги.
101
Ну,
мы игнорируем мысль, что два супруга могли бы хотеть поговорить друг с другом и насладиться компанией — Примеч. автора.
С функцией
open
может использоваться флаг
O_NONBLOCK
для указания неблокирующего ввода/вывода, он может быть установлен и сброшен с помощью
fcntl
. Для
open
и
read
неблокирующий ввод/вывод прост.
Открытие FIFO с установленным или сброшенным
O_NONBLOCK
демонстрирует следующее поведение:
open("/fifо/file", O_RDONLY, mode)
Блокируется до открытия FIFO для записи.
open("/fifo/file", O_RDONLY | O_NONBLOCK, mode)
Открывает файл, возвращаясь немедленно.
open("/fifo/file", O_WRONLY, mode)
Блокирует до открытия FIFO для чтения.
open("/fifo/file", O_WRONLY | O_NONBLOCK, mode)
Если FIFO был открыт для чтения, открывает FIFO и немедленно возвращается. В противном случае возвращает ошибку (возвращаемое значение -1 и
errno
установлен в
ENXIO
).
Как описано для обычных каналов, вызов
read
для FIFO, который больше не открыт для чтения, возвращает конец файла (возвращаемое значение 0). Флаг
O_NONBLOCK
в данном случае неуместен. Для пустого канала или FIFO (все еще открытых для записи, но не содержащих данных) все становится интереснее:
read(fd, buf, count) и сброшенный O_NONBLOCK
Функция
read
блокируется до тех пор, пока в канал или FIFO не поступят данные.
read(fd, buf, count) и установленный O_NONBLOCK
Функция
read
немедленно возвращает -1 с установленным в
errno EAGAIN
.
В заключение, поведение
write
более сложно. Для обсуждения этого нам нужно сначала представить концепцию атомарной записи. Атомарная запись — это такая запись, при которой все данные записываются целиком, не чередуясь с данными от других записей. POSIX определяет в
<unistd.h>
константу
PIPE_BUF
. Запись в канал или FIFO данных размером менее или равным
PIPE_BUF
байтов либо успешно завершается, либо блокируется в соответствии с подробностями, которые мы скоро приведем. Минимальным значением для
PIPE_BUF
является
_POSIX_PIPE_BUF
, что равняется 512. Само значение
PIPE_BUF
может быть больше; современные системы GLIBC определяют ее размер в 4096, но в любом случае следует использовать эту именованную константу и не ожидать, что
PIPE_BUF
будет иметь то же значение на разных системах.
Во всех случаях для каналов и FIFO
write
добавляет данные в конец канала. Это происходит от того факта, что у каналов нет файловых смещений: в них нельзя осуществлять поиск.
Также во всех случаях, как упоминалось, записи размером вплоть до
PIPE_BUF
являются атомарными: данные не перемежаются с данными от других записей. Данные записи размером более
PIPE_BUF
байтов могут перемежаться с данными других записей в произвольных границах. Это последнее означает, что вы не можете ожидать, что каждая порция размером
PIPE_BUF
большого набора данных будет записана атомарно. Установка
O_NONBLOCK
не влияет на это правило.
Как и в случае с
read
, когда
O_NONBLOCK
не установлен,
write
блокируется до тех пор, пока все данные не будут записаны.
Наиболее все усложняется, когда установлен
O_NONBLOCK
. Канал или FIFO ведут себя следующим образом:
размер >= nbytes
размер < abytes
nbytes <= PIPE_BUF
write
успешна
write
возвращает
(-1)/EAGAIN
размер > 0
размер = 0
nbytes > PIPE_BUF
write
записывает, что может
write
возвращает
(-1)/EAGAIN
Для файлов, не являющихся каналами и FIFO и к которым может быть применен
O_NONBLOCK
, поведение следующее:
размер > 0
write
записывает, что может
размер = 0
write
возвращает
– 1/EAGAIN
Хотя есть ряд сбивающих с толку изменений поведения в зависимости от того, канал это или не канал, установлен
O_NONBLOCK
или сброшен, есть в канале место для записи или нет, а также в зависимости от размера предполагаемой записи, эти правила предназначены для упрощения программирования:
• Всегда можно отличить конец файла:
read
возвращает 0 байтов.
• Если нет доступных для чтения данных,
read
либо завершается успешно, либо возвращает указание «нет данных для чтения»:
EAGAIN
, что означает «попытайтесь снова позже».
• Если для записи нет места,
write
либо блокируется до успешного завершения (
O_NONBLOCK
сброшен), либо завершается неудачей с ошибкой «в данный момент нет места для записи»:
EAGAIN
.
• Когда место есть, будет записано столько данных, сколько возможно, так что в конечном счете все данные будут переписаны.
Подводя итог, если вы собираетесь использовать неблокирующий ввод/вывод, любой код, который использует
write
, должен быть способен обработать укороченную запись, когда успешно записан меньший объем данных, чем было затребовано. Устойчивый код в любом случае должен быть написан таким способом: даже в случае обычного файла диск может оказаться заполненным и
write
сможет записать лишь часть данных.
Более того, вы должны быть готовы обработать
EAGAIN
, понимая, что в этом случае неудача
write
не обязательно означает фатальную ошибку. То же верно для кода, использующего для чтения неблокирующий ввод/вывод: признайте, что и здесь
EAGAIN
не является фатальным. (Однако, может стоит подсчитывать число таких отказов, оставив попытки, когда их слишком много.)
Неблокирующий ввод/вывод действительно усложняет вашу жизнь, в этом нет никакого сомнения. Но для многих приложений он является необходимостью, позволяющей выполнить задание. Снова рассмотрите спулер печати. Демон спулера не может позволить себе находиться в блокирующем
read
для файла FIFO, которому представлены входящие задания. Он должен иметь также возможность отслеживать запущенные задания и, возможно, периодически проверять состояние печатающих устройств (например, убедиться, что не заело бумагу).