20251202 - Linux输入子系统支持的操作机制

在 Linux 中，一切皆文件。/dev/input/eventX 也是文件，所以它完美继承了 Linux VFS（虚拟文件系统）提供的所有标准 I/O 操作方式。

对于嵌入式应用（尤其是 GUI 应用或游戏），选择合适的 I/O 方式决定了系统的响应速度和 CPU 占用率。

以下是这四种机制的详细介绍及代码套路：

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1. 阻塞 I/O (Blocking I/O) ------ 默认方式

这是最简单、最符合直觉的方式。

• 机制：

  当你调用 read() 读取输入设备时，如果没有按键按下（没有数据），你的程序会"睡着"（被内核挂起），停在 read 这一行不动。

  直到有按键按下，内核唤醒你的进程，read 函数才返回数据，程序继续往下跑。

• 应用场景：

  简单的测试程序，或者专门处理输入的线程。

• 优缺点：

  • 优点：代码简单，不占用 CPU（进程在休眠）。
  • 缺点：程序会卡死，无法处理其他任务（除非多线程）。

代码示例：

// 1. 以默认方式打开（阻塞）
int fd = open("/dev/input/event0", O_RDONLY);

struct input_event ev;

while (1) {
    // 2. 读数据
    // 如果没数据，程序就卡在这里睡觉，CPU占用率为0
    read(fd, &ev, sizeof(ev)); 
    
    // 3. 醒来后打印
    printf("Type: %d, Code: %d, Value: %d\n", ev.type, ev.code, ev.value);
}

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2. 非阻塞 I/O (Non-Blocking I/O) ------ 忙轮询

• 机制：

  当你调用 read() 时，如果有数据就读走；如果没有数据，read 立刻返回一个错误（通常是 -1），并且设置错误码 errno 为 EAGAIN。程序不会睡觉。

• 如何开启：

  在 open 时加上 O_NONBLOCK 标志。

• 应用场景：

  极少单独使用。如果放在 while(1) 里死循环读取，会导致 CPU 占用率飙升到 100%（因为你在不停地问"有数据吗？没有。有数据吗？没有..."）。通常配合其他逻辑使用。

代码示例：

// 1. 加上 O_NONBLOCK 标志
int fd = open("/dev/input/event0", O_RDONLY | O_NONBLOCK);

struct input_event ev;

while (1) {
    // 2. 尝试读取
    int len = read(fd, &ev, sizeof(ev));
    
    if (len == sizeof(ev)) {
        // 读到了数据，处理...
        printf("Get event!\n");
    } else {
        // 没读到数据，立刻返回了
        // 这里可以做点别的事，比如刷新屏幕动画
        // 但如果不加 sleep，CPU会满载
    }
}

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3. I/O 多路复用 (POLL / SELECT) ------ 最常用

这是嵌入式 Linux 开发中最推荐、最主流的方式。

• 机制：

  你就像雇了一个保安（poll 或 select 函数）。你把所有要监控的文件（触摸屏、网络socket、串口）都交给保安。

  然后你告诉保安："我要去睡觉了，这些设备里只要有一个有动静，你就把我叫醒。"

• 底层原理：

  进程调用 poll 进入休眠。当输入子系统产生中断，驱动层会唤醒等待队列，poll 函数返回，告诉你哪个文件有数据了。

• 应用场景：

  Qt 的事件循环、Android 的 InputReader、任何复杂的 GUI 系统。

代码示例 (使用 poll)：

#include <poll.h>

int fd = open("/dev/input/event0", O_RDONLY); // 注意：这里还是阻塞或非阻塞模式打开都可以，通常非阻塞

struct pollfd fds[1];
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN; // 只有当"有数据可读"时才叫醒我

while (1) {
    // 1. 调用 poll，超时时间设为 5000ms (5秒)
    // 程序在这里睡觉，直到有事件或者超时
    int ret = poll(fds, 1, 5000);

    if (ret == 0) {
        printf("超时了，5秒内没人按键\n");
    } else if (ret > 0) {
        // 2. 只有当 poll 返回 > 0，才去 read，保证一定能读到，不会阻塞
        if (fds[0].revents & POLLIN) {
            struct input_event ev;
            read(fd, &ev, sizeof(ev));
            printf("按键按下！\n");
        }
    }
}

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4. 异步通知 (Asynchronous Notification) ------ 信号驱动

这是一种"反客为主"的机制。类似于软件中断。

• 机制：

  应用程序不需要主动去读，也不需要睡觉等待。而是注册一个信号处理函数（比如处理 SIGIO 信号）。

  应用程序正常干别的事。当驱动层有数据时，内核会给进程发送一个 SIGIO 信号，进程被迫暂停当前工作，跳转到信号处理函数去执行。

• 应用场景：

  需要对输入极其敏感，或者不想使用多线程/Poll循环的场景。但由于信号处理函数里不能做复杂操作（尤其是不能有阻塞操作），实际上在复杂 GUI 中用得不多。

配置步骤 (比较繁琐)：

1. 注册信号处理函数 (signal 或 sigaction)。
2. 设置文件的拥有者 (fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()))，告诉内核信号发给谁。
3. 开启异步通知标志 (fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC)).

代码示例：

#include <signal.h>
#include <fcntl.h>

int fd;

// 信号处理函数：当有按键时，内核会自动调用这个函数
void my_signal_handler(int signum)
{
    struct input_event ev;
    // 在这里读取数据
    while (read(fd, &ev, sizeof(ev)) == sizeof(ev)) {
        printf("异步通知：收到按键！code=%d\n", ev.code);
    }
}

int main()
{
    fd = open("/dev/input/event0", O_RDONLY);

    // 1. 注册信号
    signal(SIGIO, my_signal_handler);

    // 2. 设置当前进程为文件的所有者，接收信号
    fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

    // 3. 获取当前标志并添加 FASYNC 标志
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL);
    fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);

    while (1) {
        // 主程序可以做任何事，不需要理会按键
        // 比如打印 '.' 模拟正在处理繁重的任务
        printf(".");
        sleep(1); 
    }
    return 0;
}

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总结对比

机制	描述	比喻	CPU 占用	响应速度	推荐指数
阻塞	死等	在门口一直站着等快递，直到快递来	低 (睡觉)	快	⭐⭐⭐ (简单任务)
非阻塞	轮询	每秒开门看一次快递来了没	极高 (空转)	取决于轮询间隔	⭐ (不推荐单独用)
POLL	多路复用	让保安看着门口，快递来了叫醒我	低 (睡觉)	快	⭐⭐⭐⭐⭐ (最推荐)
异步	信号	我去打游戏，快递员到了打我电话	低	最快	⭐⭐ (逻辑复杂)

对于你的学习阶段：

1. 先写阻塞 版本，理解 struct input_event。
2. 一定要掌握 poll 版本，因为这是实现一个真正的嵌入式程序（比如同时处理串口指令和触摸屏操作）的基础。