Linux系统阻塞式读取：巧用read函数和MSG_WAITALL标志

2024-04-22 04:44:40

Linux系统上的阻塞式读取：使用read函数和MSG_WAITALL标志

引言

在Linux系统中，读取指定数量的字节数据并设置超时是一项常见的任务。对于串口或套接字等设备，使用poll函数和循环的方法通常会带来不必要的复杂性和性能开销。本文将介绍一种更简洁有效的解决方案，使用read函数和MSG_WAITALL标志。

问题：使用poll函数的局限性

传统的poll函数方法需要在循环中不断轮询，每次只能读取少量字节。这在处理大量数据时会导致性能下降，特别是对于串口等低带宽设备。此外，递减超时的时间间隔需要通过测量时间和递减操作来实现，这可能导致不准确和潜在的错误。

解决方案：使用read函数和MSG_WAITALL标志

Linux内核提供了read函数，其中MSG_WAITALL标志允许阻塞读取操作，直到读取指定数量的字节或超时。这消除了poll函数和循环的需要，从而简化了代码并提高了性能。

要使用此方法，需要使用setsockopt函数设置文件符的超时。然后，可以使用以下代码进行阻塞式读取：

int bytes_read = read(fd, buffer, count, MSG_WAITALL);

其中：

fd是文件符
buffer是用于存储数据的缓冲区
count是要读取的字节数
MSG_WAITALL标志表示阻塞读取操作，直到读取指定数量的字节

优点

简洁高效：该解决方案消除了poll函数和循环的复杂性，从而简化了代码并提高了性能。
准确的超时：read函数与setsockopt函数相结合，允许精确设置和执行超时。
内核支持：read函数和MSG_WAITALL标志在Linux内核中得到广泛支持，确保跨不同平台的兼容性。

局限性

文件描述符支持：此解决方案要求文件描述符支持非阻塞I/O。某些设备或实现可能不支持此功能。

代码示例

以下代码示例演示了如何使用read函数和MSG_WAITALL标志从串口读取指定数量的字节：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/time.h>

int main() {
    int fd;
    char buffer[1024];
    size_t count = 10;  // 要读取的字节数
    int timeout = 5;  // 超时（秒）

    // 打开串口
    fd = open("/dev/ttyUSB0", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    // 设置超时
    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = timeout;
    tv.tv_usec = 0;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, sizeof(tv));

    // 阻塞式读取数据
    int bytes_read = read(fd, buffer, count, MSG_WAITALL);
    if (bytes_read < 0) {
        perror("read");
        exit(1);
    }

    printf("读取了 %d 个字节:\n", bytes_read);
    for (int i = 0; i < bytes_read; i++) {
        printf("%c", buffer[i]);
    }
    printf("\n");

    // 关闭文件描述符
    close(fd);

    return 0;
}