《VxWorks7編程指南》筆記（七）——I/O系統：基礎I/O

在VxWorks中，基礎I/O是最底層的I/O。基礎I/O的接口同標準C庫中的I/O原語是源碼級兼容的。最基礎的I/O調用有7個，如下圖所示。

1.文件描述符

在基礎I/O層級，文件通過文件描述符引用。一個文件描述符是一個由open()或creat()函數返回的整數。其他I/O調用使用一個文件描述符作爲參數，以操作某個特定的文件。

文件描述符不是全局的。內核與RTP均有其獨有的文件描述符集合。內核中的任務或某個任務中的子任務將共享文件描述符。例如：

如果任務A和任務B運行在進程foo中，然後它們均使用write()函數對文件描述符7進行操作，那麼它們將對同一個文件（設備）進行寫操作。
如果一個進程bar與進程foo獨立運行（bar不是foo的孩子），然後進程bar的任務X和任務Y使用文件描述符7進行write()操作，那麼這個文件將與進程foo的任務A和任務B所操作的文件描述符7指定的文件不同。
如果進程foobar由進程foo創建，然後進程foobar的任務M和任務B分別調用write()對文件描述符7進行操作，那麼它們所操作的文件將同進程foo中的任務A和任務B按照文件描述符7操作的文件相同。然而，如果任務將該文件關閉了，後續再次打開文件描述符7時，該文件描述符將指向另外的文件。

當文件打開時，將分配並返回一個文件描述符；當文件關閉時，文件描述符將被釋放。

2.內核中的文件描述符表

內核中可用的文件描述符數量由宏NUM_FILES定義。這個數量也定義了文件描述符表的大小，該表控制了同時可以使用多少個文件描述符。默認大小是50，但是可以根據系統需要進行修改。

爲了避免用盡文件描述符，導致創建文件時出現錯誤，應用程序應該在不再使用一個文件描述符時將其關閉。

內核的文件描述符表大小也可以通過編程的方式進行修改。rtpIoTablesizeGet()函數用於獲取文件描述符表的大小，rtpIoTableSizeSet()函數用於對其進行修改。注意：這些函數在內核與RTP中均可使用（I/O系統將內核看做一類特殊的進程）。

3.RTP中的文件描述符表

在RTP中的文件描述符表的大小，定義了一個進程中可以同時打開的最大文件數量。該最大值是從其創建環境繼承而來的。如果該進程由一個內核任務創建，那麼新進程將繼承內核任務的文件描述符表的最大值。

4.打開和關閉函數

在對一個設備執行I/O操作之前，必須使用open()或creat()函數打開一個文件描述符。open()函數所需的參數爲：文件名、訪問類型、文件權限。語法如下：

fd=open("name",flags,mode);

對於open()函數，參數mode是可選的，如果對文件權限並不關心，就可以將mode設置爲0。

對於用戶級與內核級調用，open()函數的flags參數可以指定爲如下值：

在使用文件的訪問與模式參數調用open()函數時，需要注意如下情況：

通常，僅能使用open()打開一個已經存在的設備和文件。然而，對於NFS、網絡、dosFs和HRFS設備，可以通過帶O_CREAT的標記使用open()函數。
可以使用open()函數打開HRFS目錄，但是僅能使用O_RDONLY標誌。
對於dosFs和NFS設備，可以使用O_CREAT標記和FSTAT_DIR模式創建一個子目錄。dosFs將忽略其他mode參數。
對於HRFS設備，不能使用O_CREAT標記和FSTAT_DIR模式選項創建一個子目錄。HRFS將忽略mode選項，僅創建一個普通文件。
netDrv默認文件系統不支持F_STAT_DIR mode選項或O_CREAT標記。
對於NFS設備，open()的第三個參數通常用於指定文件模式。
儘管HRFS支持爲一個文件設定權限模式，但是在VxWorks中並不這麼使用。
文件可以使用O_SYNC標記打開，表明每次寫操作都將立即把內容寫到底層介質中。當前dosFs文件系統支持這個標記，可以用於同步FAT與目錄條目。
O_SYNC標記對HRFS文件系統不起作用，因爲HRFS本身總是進行同步。HRFS總是更新文件，就好像O_SYNC標記被設置了一樣。

注意：驅動或文件系統可能不會完全遵守flag值或mode值。如果驅動允許，一個按照O_RDONLY模式打開的文件實際上可能是可寫的。

5.創建和刪除函數

面向文件的設備，除了能夠打開已經存在的文件，還要能夠創建和刪除文件。

面向文件的設備可以使用creat()函數創建一個文件，並返回其文件描述符。creat()的參數與open()的參數類似，區別是creat()傳入的文件名指向一個新文件，而open()傳入的文件名指向的是一個已經存在的文件。

注意，在HRFS文件系統中，creat()函數是POSIX兼容的，其第二個參數用於指定文件權限；文件將按照O_RDWR模式打開。

對於dosFs，creat()函數不是POSIX兼容的，第二個參數用於指定打開模式標記。

remove()函數將刪除文件系統中的一個命名文件。再刪除文件之前，需要先關閉文件。

對於非文件系統設備，creat()函數與open()函數等效。remove()函數將不起作用。

6.讀和寫函數

當通過open()或creat()函數得到一個文件描述符之後，可以調用read()或write()函數向文件中讀取或寫入數據。read()函數的參數包括：文件描述符、存放待讀取數據的緩衝區地址，待讀取數據的最大長度。

read()函數等待從指定文件讀取數據，並返回實際讀取到的字節數。對於一個文件系統設備，如果讀取到的字節數比指定的字節數少，那麼後續的read()調用將返回0，表明已經讀取到文件的末尾。對於非文件系統設備，讀取到的字節數可以比指定的大小要少，就算還有可讀的數據也是允許的。後續的read()調用可能返回0.對於串口設備和TCP套接字，爲了讀取指定大小的數據，可能需要重複調用read()函數。讀取失敗時將返回ERROR(-1)。

write()函數的參數爲：文件描述符，待寫入數據的緩衝區地址，待寫數據長度。語法如下：

actualBytes=write(fd,&buffer,nBytes);

write()函數保證在返回到調用函數之前，至少會將所有指定的數據緩存到輸出緩衝區中，所以有可能數據還沒有真正的寫到設備中（因驅動而異）。write()函數返回寫入的字節數大小；如果返回的大小不等於需要寫入的大小，將返回錯誤。

RTP的read()和write()函數時POSIX兼容的。

7.文件截斷函數

有時需要丟棄文件中的一部分數據。當打開一個文件後，可以使用ftruncate()函數將文件截斷爲一個指定的大小。其參數爲：文件描述符、期望的文件字節長度。語法如下：

status=ftruncate(fd,length);

如果截斷成功，將返回OK。

如果一個文件描述符所指向的設備是不可截斷的，那麼ftruncate()將返回ERROR，並將errno設置爲EINVAL。

如果指定大小比文件實際的大小還要大，其結果將取決於具體的文件系統。對於dosFs和HRFS，文件的大小將擴展到指定的大小然而，對於其他文件系統，ftruncate()將返回ERROR，並將errno設置爲EINVAL。

ftruncate()函數時POSIX1003.1b標準的一部分。HRFS將完全支持，dosFs的實現則是部分兼容：創建和修改的次數不會改變。

對於HRFS，截斷不會修改seek的位置，但是在dosFs中，seek的位置將被設置爲文件末尾。

8.使用select()等待多個文件描述符

VxWorks的select()函數提供了一種等待多個文件描述的方法（允許任務等待多個設備可用）。VxWorks的select()同UNIX和Windows是兼容的。

內核的selectLib庫包括了select()和相關的函數，需要使用INCLUDE_SELECT組件。

對於RTP的select()函數，需要配置INCLUDE_IO_BASIC組件。

任務級的select()函數，不僅允許任務可以同時等待多個設備I/O，還允許任務制定等待多長時間。一個典型的例子就是客戶端-服務器模型，服務器端同時等待多個文件描述符，以同時爲本地和遠端的客戶端提供服務。服務器任務使用管道同本地客戶通信，使用一個套接字同遠端的客戶端通信。服務器任務必須儘快響應客戶端。如果服務器阻塞等待一個通信流，那麼除非這個通信流被處理，否則其他通信流將得不到服務。select機制具有同時監控套接字和管道的能力，所以可以用於解決該問題。

任務將阻塞直到數據可用或設備可寫。select()函數將在一個或多個文件描述符就緒或發生超時時返回。使用select()函數，任務可以制定等待哪些文件描述符的活動。在select()函數中使用位域指定感興趣的讀和寫文件描述符。當select()函數返回時，位域將修改爲反映當前哪些文件描述符可用。用於構建和操作位域的宏如下所示：