原创 如何使用Unix系统的IO复用

多进程（提高了复杂性）
多线程（需要同步机制）
NONBLOCKING I/O（持续polling消耗了CPU时间）
异步I/O（难以移植，且进程只有拥有一个某类型的信号）
IO multiplexing

其中，IO multiplexing是最好的方法。

为了进行IO复用的实验，我使用了一个STM32F103RBT6开发板作为串口设备。
它的功能是，将自身的串口1设置为115200 8N1的波特率，并返回任何接收到的字符串。
字符串以'\r'作为结束：
比如在minicom下通过键盘发送“123456abc\r”，那么就会接收到：
R: 123456abc
如果连续键入'\r'(minicom默认以此字符作为Enter键的输入)，则有：
R:
R:
R:

在主函数里，将串口进行初始化操作：
fd_dev = ::open(DEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
if (fd_dev < 0) {
    cerr << "Error: Cannot open " << DEVICE << endl;
    return -1;
}
termios attr;
memset(&attr, 0, sizeof(attr));
attr.c_cflag = B115200 | HUPCL | CS8 | CREAD | CLOCAL;
attr.c_iflag = IGNPAR;
attr.c_cc[VMIN] = 1;
if (tcsetattr(fd_dev, TCSANOW, &attr) != 0) {
    cerr << "Error: Cannot set termios!" << endl;
    return -1;
}

然后重新起一个线程，让它每隔一秒发送一串数据：
void *ntid2_print(void *arg)
{
    string str;
    int count = 0, flag;
    while (1) {
        str = "<2> Write " + to_string(count++) + "th times." + "\r";
        cout << "=> " << str.c_str() << endl;
        flag = ::write(fd_dev, str.c_str(), str.size());
        if (flag < 0)
            cerr << "Error: Cannot write!" << endl;
        sleep(1);
    }
    return ((void *)0);
}
执行的结果是：
# ./UnixProg_01
=> <2> Write 0th times.
=> <2> Write 1th times.
=> <2> Write 2th times.
=> <2> Write 3th times.

这样，串口每隔1s就会收到1个字符串，而标准输入会接收键盘数据。
现在，我需要的功能是，主函数既能够读取串口的数据，也能够读取标准IO的，并将它们都打印到标准输出上。
这里需要使用IO复用的select函数：
fd_set rset;
char byte;
while (1) {
    FD_ZERO(&rset);
    FD_SET(fd_dev, &rset);
    FD_SET(STDIN_FILENO, &rset);
    select(fd_dev + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);
    if (FD_ISSET(fd_dev, &rset)) {
        flag = ::read(fd_dev, &byte, 1);
        if (flag < 0) {
            cerr << "Error: Cannot read fd_dev!" << endl;
            return -1;
        }
        cout << byte << flush;
    }
    if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &rset)) {
        flag = ::read(STDIN_FILENO, &byte, 1);
        if (flag < 0) {
            cerr << "Error: Cannot read fd_dev!" << endl;
            return -1;
        }
        cout << byte << flush;
    }
}

这样，标准输出既会打印串口的数据，又会打印标准输入的内容。
另外，还需要注意的一点是，STDIN_FILENO的FD_SET在循环里面，这是因为：
http://stackoverflow.com/questions/7637765/why-fd-set-fd-zero-for-select-inside-of-loop