Linux高性能服务器之高级IO复用（8）

高性能服务器之高级IO复用（8）"/>

Linux高性能服务器之高级IO复用（8）

前言

1.用于创建文件描述符的函数，包括 pipe、 dupldup2函数。
2.用于读写数据的函数，包括readv/writev、sendfile、mmap/munmap、splice和 tee 函数
3.控制IO行为和属性的函数，包括fcntl函数。

pipe函数(队列思想)

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

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]写人的数据可以从fd[0]读出。并且，fd[0]只能用于从管道读出数据****，fd[1]则只能用于往管道写入数据，而不能反过来使用。如果要实现双向的数据传输，就应该使用两个管道。(都是堵塞的)
管道内部传输的数据是字节流，这和TCP字节流的概念相同。但二者又有细微的区别。应用层程序能往一个TCP连接中写入多少字节的数据，取决于对方的接收通告窗口的大小和本端的拥塞窗口的大小。而管道本身拥有一个容量限制，它规定如果应用程序不将数据从管道读走的话，该管道最多能被写入多少字节的数据。自Linux 2.6.11内核起，管道容量的大小默认是65536字节。我们可以使用fcntl函数来修改管道容量
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])
注意：domain只能AF_UNIX

dup and dup2

目的：有时我们希望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(比如CGI编程)。这可以通过下面的用于复制文件描述符的dup或dup2函数来实现:

   #include <unistd.h>int dup(int oldfd);int dup2(int oldfd, int newfd);

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返回的文件描述符总是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。dup和dup2系统调用失败时返回-1并设置crrno

READV AND WRITEV

  #include <sys/uio.h>ssize_t readv(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);ssize_t writev(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);
struct iovec {void  *iov_base;    /* Starting address */size_t iov_len;     /* Number of bytes to transfer */};

fd参数是被操作的目标文件描述符。vector参数的类型是iovec结构数组。该结构体描述一块内存区。iovcnt参数是vector数组的长度，即有多少块内存数据需要从fd读出或写到fd。readv和writev在成功时read or write fd 的字节数

sendfile

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，这被称为零拷贝。sendfile函数的定义如下:

ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

in_fd参数是待读出内容的文件描述符，out_fd参数是待写入内容的文件描述符。offset参数指定从读入文件流的哪个位置开始读，如果为空，则使用读人文件流默认的起始位置。count参数指定在文件描述符in_fd和 out_fd之间传输的字节数。sendfile成功时返回传输的字节数，失败则返回-1并设置errno。该函数的man手册明确指出，in_fd必须是一个支持mmap函数的 out_fd socket 网络传输专用

mmap and munmap

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。它们的定义如下:

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

addr参数允许用户使用某个特定的地址作为这段内存的起始地址。如果它被设置成NULL，则系统自动分配一个地址。length参数指定内存段的长度。
prot参数用来设置内存段的访问权限。它可以取以下几个值的按位或:
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。

splice and tee

函数用于在两个文件描述符之间移动数据，也是零拷贝操作。splice函数的定义如下：

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

fd_in参数是待输人数据的文件描述符。如果fd_in是一个管道文件描述符，那么off_in参数必须被设置为NULL。如果fd_in不是一个管道文件描述符（比如 socket)，那么off_in表示从输人数据流的何处开始读取数据。此时，若off_in被设置为NULL，则表示从输入数据流的当前偏移位置读人﹔若off_in不为NULL，则它将指出具体的偏移位置。fd_out/off_out参数的含义与fd_in/off_in相同，不过用于输出数据流。len参数指定移动数据的长度﹔flags参数则控制数据如何移动，它可以被设置为下表中的某些值的按位或

tee函数在两个管道文件描述符之间复制数据，也是零拷贝操作。它不消耗数据，因此源文件描述符上的数据仍然可以用于后续的读操作。tee函数的原型如下:

#include<fcntl.h>
ssize_t tee(int fd_in,int fd_out,size_t len,unisgned int flags);

fcntl

fcntl函数，正如其名字(file control）描述的那样，提供了对文件描述符的各种控制操作。另外一个常见的控制文件描述符属性和行为的系统调用是ioctl，而且 ioctl 比 fentl能够执行更多的控制。但是，对于控制文件描述符常用的属性和行为，fentl函数是由POSIX规范指定的首选方法。所以本书仅讨论fcntl函数。fcntl函数的定义如下:

#include<fcntl.h>
int fcntl(int fa,int cmd,...)

int setnoblocking(int fd)
{int old_option=fcntl(fd,F_GETFL);int new_option=old_option|O_NONBLOCKfcntl(fd,F_SETFL,new_option);return old_option
}

SIGIO和SIGURG这两个信号与其他Linux信号不同，它们必须与某个文件描述符相关联方可使用:当被关联的文件描述符可读或可写时，系统将触发SIGIO信号﹔当被关联的文件描述符（而且必须是一个socket)上有带外数据可读时，系统将触发SIGURG信号。将信号和文件描述符关联的方法，就是使用fcntl函数为目标文件描述符指定宿主进程或进程组，那么被指定的宿主进程或进程组将捕获这两个信号。使用SIGIO时，还需要利用fcntl 设置其O_ASYNC标志.