第6章 高级I/O函数
Linux高性能服务器编程学习笔记
6.1 pipe函数
用于创建一个管道
#include <unistd.h>
int pip( int fd[2] );
/* 成功返回0，失败返回-1置errno */
fd[0]用于读，fd[1]用于写。
管道容量的大小默认是65536字节。可以使用fcntl函数来修改管道容量。
用socketpair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] );
domain只能使用UNIX本地域协议族AF_UNIX。
6.2 dup函数和dup2函数
将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, int file_descriptor_two );
dup创建一个新的文件描述符，和原来的文件描述符指向同一个文件、管道或网络连接。dup返回系统当前可用的最小整数值。dup2返回第一个不小于file_descriptor_two的整数值。
注意：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。
6.3 readv函数和writev函数
readv函数从文件描述符读到分散的内存块中，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，集中写。
#include <sys/uio.h>
ssize_t readv( int fd, const struct iovec* vector, int count );
ssize_t writev( int fd, const struct iovec* vector, int count );
/* 成功返回读写的字节数，失败返回-1置errno */
count参数表示vector数组的长度（内存块数量）
struct iovec
{
void *iov_base; // 内存起始地址
size_t iov_len; // 内存块长度
}
iovec结构体封装了一块内存的起始位置和长度
6.4 sendfile函数
两个文件描述符之间直接传递数据（完全在内核中操作），避免了内存缓冲区和用户缓冲区之间的数据拷贝，效率很高，这称为零拷贝。
#include <sys/sendfile.h>
ssize_t sendfile( int out_fd, int in_fd, off_t* offset, size_t count );
/* 成功返回传输的字节数，失败返回-1置errno */
in_fd是待读出内容的文件描述符。
out_fd是待写入内容的文件描述符。
offset指定从读入文件流的哪个位置开始读，为空则使用默认的起始位置。
count是传输的字节数
6.5 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。
munmap函数释放申请的内存空间。
#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);
/* mmap成功返回指向目标内存区域的指针，失败返回MAP_FAILED((void*)-1)置errno
* munmap成功返回0，失败返回-1置errno */
start运行用户使用某个特定的地址作为这段内存的起始地址。如果为NULL，系统自动分配一个地址。
length指定内存段长度。
prot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
flags控制内存段内容被修改后程序的行为，它可以取以下几个值的按位或（MAP_SHARED和MAP_PRIVATE互斥）：
MAP_SHARED，在进程间共享这段内存，对该内存段的修改将反映到被映射的文件中。MAP_PRIVATE，内存段为调用进程私有，对该内存段的修改不会反映到被映射的文件中。MAP_ANONYMOUS，这段内存不是从文件映射而来的，内容被初始化为0，最后两个参数被忽略。MAP_FIXED，内存段必须位于start参数指定的地址处。start必须是内存页面大小（4096字节）的整数倍。MAP_HUGETLB，按照大内存页面（/proc/meminfo查看）来分配空间。
fd是被映射文件对应的文件描述符。一般通过open系统调用获得。
offset参数设置文件从何处开始映射。
6.6 splice函数
用于两个文件描述符之间移动数据，也是零拷贝操作
#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待输入数据的文件描述符。
off_in，如果fd_in是一个管道文件描述符，那么off_in参数必须被设为NULL。否则，off_in表示从输入数据流的何处开始读取数据。
fd_out和off_out同上。fd_in和fd_out必须有一个是管道。
len数据的长度。
flags可以为以下值的按位或：
SPLICE_F_MOVE，按整页内存移动数据。SPLICE_F_NONBLOCK，非阻塞操作，实际效果会受到文件描述符本身的阻塞状态影响。SPLICE_F_MORE，给内核一个提示，后续将读取更多数据。SPLICE_F_GIFT，没有效果。
成功返回移动字节的数量。失败返回-1置errno：
EBADF，参数所指文件描述符有错。EINVAL，目标系统不支持。ENOMEM，内存不够。ESPIPE，fd_in(fd_out)是管道描述符，而off_in(off_out)不为NULL。
6.7 tee函数
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。
#include <fcntl.h>
ssize_t tee( int fd_in, int fd_out, size_t len, unsigned int flags );
/* 成功返回复制的数据字节数，失败返回-1置errno */
参数与splice相同，但fd_in和fd_out必须都为管道。
6.8 fcntl函数
提供对文件描述符的各种控制操作。
#include <fcntl.h>
int fcntl( int fd, int cmd, ... );
fd是被操作的文件描述符。
cmd指定何种类型的操作。
常用操作：
| 操作分类 | 操作 | 第三个参数类型 | 成功时的返回值 |
|---|---|---|---|
| 获取和设置文件 | F_GETFL | void | fd的状态标志 |
| 描述符的状态标志 | F_SETFL | long | 0 |
在网络编程中常用来将一个文件描述符设为非阻塞的：
int setnonblocking( int fd )
{
int old_option = fcntl( fd, F_GETFL ); // 获取文件描述符旧的状态标记
int new_option = old_option | O_NONBLOCK; // 设置非阻塞标志
fcntl( fd, F_SETFL, new_option );
return old_option; // 返回旧状态以便日后恢复
}
