【Linux网络编程】高级I/O函数

总结《Linux高性能服务器编程》第六章

第六章 高级I/O函数

pipe函数

• pipe函数可用于创建一个管道，以实现进程间通信，pipe函数的定义如下

  #include＜unistd.h＞
  int pipe(int fd[2]);
  1
  2

  • 参数：一个包含两个int型整数的数组指针；
  • 成功时返回0，并将一对打开的文件描述符值填入其参数指向的数组，失败则返回-1；

• 通过pipe函数创建的这两个文件描述符fd[0]和fd[1]分别构成管道的两端，往fd[1]写入的数据可以从fd[0]读出，并且fd[0]只能从管道读出数据，fd[1]则只能往管道写入数据，而不能反过来使用；

• 管道内部传输的数据是字节流，且管道本身拥有容量限制；

• socketpair函数能够方便地创建双向管道；

  #include＜sys/types.h＞
  #include＜sys/socket.h＞
  int socketpair(int domain,int type,int protocol,int fd[2]);
  1
  2
  3

dup函数和dup2函数

• 用于复制文件描述符的dup或dup2函数：把标准输入重定向到一个文件，或者把标准输出重
  定向到一个网络连接；

  #include＜unistd.h＞
  int dup(int file_descriptor);
  int dup2(int file_descriptor_one,int file_descriptor_two);
  1
  2
  3

  • dup函数创建一个新的文件描述符，该新文件描述符和原有文件描述符file_descriptor指向相同的文件、管道或者网络连接，并且dup返回的文件描述符取系统当前可用的最小整数值；
  • dup2和dup类似，不过它将返回第一个不小于file_descriptor_two的整数值；

• 通过dup和dup2创建的文件描述符并不继承原文件描述符的属性，比如close-on-exec和non-blocking等；

代码清单6-1 用dup函数实现CGI服务器原理

readv函数和writev函数

• readv函数：将数据从文件描述符读到分散的内存块中，即分散读；

• writev函数：将多块分散的内存数据一并写入文件描述符中，即集中写；

  #include＜sys/uio.h＞
  size_t readv(int fd, const struct iovec*vector,int count)；
  size_t writev(int fd, const struct iovec*vector,int count);
  1
  2
  3

  • vector参数的类型是iovec结构数组，该结构体描述一块内存区；
  • count参数是vector数组的长度；
  • 相当于简化版的recvmsg和sendmsg函数；

sendfile函数

• sendfile函数在两个文件描述符之间直接传递数据（完全在内核中操作），从而避免了内核缓冲区和用户缓冲区之间的数据拷贝，效率很高，被称为零拷贝；

  #include＜sys/sendfile.h＞
  size_t sendfile(int out_fd,int in_fd,off_t*offset,size_t count);
  1
  2

  • in_fd必须指向真实文件，不能是socket和管道，而out_fd则必须是一个socket；

mmap函数和munmap函数

• mmap函数用于申请一段内存空间。我们可以将这段内存作为进程间通信的共享内存，也可以将文件直接映射到其中，munmap函数则释放由mmap创建的这段内存空间；

  #include＜sys/mman.h＞
  void* mmap(void*start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);
  int munmap(void*start,size_t length);
  1
  2
  3

  • start参数允许用户使用特定地址作为这段内存的起始地址，如果为NULL则由系统自动分配；
  • prot参数用来设置内存段的访问权限：PROT_READ(内存段可读)/ PROT_WRITE(内存段可写) /PROT_EXEC(内存段可执行) /PROT_NONE(内存段不能被访问)；
  • flags参数控制内存段内容被修改后程序的行为；

splice函数

• splice函数用于在两个文件描述符之间移动数据，是零拷贝操作；

  #include＜fcntl.h＞
  size_t splice(int fd_in, loff_t* off_in, int fd_out, loff_t* off_out, size_t len, unsigned int flags);
  1
  2

  • off_in/off_out表示从输入/输出数据流的何处开始读取/写入数据；
  • flags参数则控制数据如何移动；

• 使用splice函数时，fd_in和fd_out必须至少有一个是管道文件描述符；

tee函数

• tee函数在两个管道文件描述符之间复制数据，是零拷贝操作；

  #include＜fcntl.h＞
  size_t tee(int fd_in,int fd_out,size_t len,unsigned int flags);
  1
  2

  • tee函数*不消耗数据，因此源文件描述符上的数据仍然可以用于后续的读操作；

fcntl函数

• fcntl函数（file control）提供了对文件描述符的各种控制操作；

  #include＜fcntl.h＞
  int fcntl(int fd,int cmd,…);
  1
  2

  • 另一个常见控制文件描述符的系统调用是ioctl，但fcntl函数是由POSIX规范指定的首选方法；
  • 在网络编程中，fcntl函数通常用来将一个文件描述符设置为非阻塞的；