苏州新港建设集团有限公司网站,专业摄影网站,网站能调用一些字体,WordPress感觉很慢第6章 高级I/O函数
6.1 pipe函数
用于创建一个管道#xff0c;以实现进程间通信。 int pipe(int fd[2]);
读端文件描述符fd[0]和写端文件描述符fd[1]构成管道的两端#xff0c;默认是阻塞的#xff0c;fd[0]读出数据#xff0c;fd[1]写入数据。管道内部传输的数据是字节…第6章 高级I/O函数
6.1 pipe函数
用于创建一个管道以实现进程间通信。 int pipe(int fd[2]);
读端文件描述符fd[0]和写端文件描述符fd[1]构成管道的两端默认是阻塞的fd[0]读出数据fd[1]写入数据。管道内部传输的数据是字节流。 如果fd[1]的引用计数减少至0即没有任何进程需要往管道中写入数据则针对f[0]的read操作将返回0即读取到了文件结束标记EOF反之如果fd[0]计数减少至 0即没有任何进程需要从管道读取数据则针对fd[1]的write操作将失败并引发SIGPIPE信号。 socketpair函数双向管道但仅能在本地使用。
6.2 dup函数和dup2函数
用于复制文件描述符但不继承原文件描述符的属性。 int dup(int file_descriptor); int dup2(int file_descriptor_one, int file_descriptor_two);
dup函数创建一个新的文件描述符系统当前可用的最小整数与原有file_descriptor指向相同文件、管道或者网络连接。 dup2函数类似但返回第一个不小于file_descriptor_two的整数。
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h
#include assert.h
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
#include errno.h
#include string.hint main(int argc, char *argv[])
{if (argc 2){printf(usage: %s ip_address port_number\n, basename(argv[0]));return 1;}const char *ip argv[1];int port atoi(argv[2]);struct sockaddr_in address;bzero(address, sizeof(address));address.sin_family AF_INET;inet_pton(AF_INET, ip, address.sin_addr);address.sin_port htons(port);int sock socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(sock 0);int ret bind(sock, (struct sockaddr *)address, sizeof(address));assert(ret ! -1);ret listen(sock, 5);assert(ret ! -1);struct sockaddr_in client;socklen_t client_addrlength sizeof(client);int connfd accept(sock, (struct sockaddr *)client, client_addrlength);if (connfd 0){printf(errno is : %d\n, errno);}else{close(STDOUT_FILENO); //关闭标准输出文件描述符值为1dup(connfd); //返回最小可用文件描述符返回1
// 服务器输出到标准输出的内容就会直接发送到与客户连接对应的 socket 上
// 因此 printf 的输出将被客户端获得而不是显示在服务器程序的终端上printf(abcd\n);close(connfd);}close(sock);return 0;
}6.3 readv函数和writev函数
ssize_t readv(int fd, const struct iovec* vector, int count); ssize_t writev(int fd, const struct iovec* vector, int count);
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函数则将多块分散的内存数据一并写入文件描述符中即集中写。 当Web服务器解析完一个HTTP请求之后如果目标文档存在且客户具有读取该文档的权限那么它就需要发送一个HTTP应答来传输该文档。这个HTTP应答包含1个状态行、多个头部字段、1个空行和文档的内容。前3部分的内容可能被Web服务器放置在一块内存中而文档的内容则通常被读到另外一块单独的内存中通过read函数或mmap函数)。我们并不需要把这两部分内容拼接到一起再发送而是可以使用writev函数将它们同时写出。
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h
#include assert.h
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
#include errno.h
#include string.h
#include sys/stat.h
#include sys/types.h
#include fcntl.h#define BUFFER_SIZE 1024/* 定义两种HTTP状态吗和状态信息 */
static const char *status_line[2] {200 OK, 500 Internal server error};int main(int argc, char *argv[])
{if (argc 3){printf(usage: %s ip_address port_number filename\n, basename(argv[0]));return 1;}const char *ip argv[1];int port atoi(argv[2]);/* 将目标文件作为程序的第三个参数传入 */const char *file_name argv[3];struct sockaddr_in address;bzero(address, sizeof(address));address.sin_family AF_INET;inet_pton(AF_INET, ip, address.sin_addr);address.sin_port htons(port);int sock socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(sock 0);int ret bind(sock, (struct sockaddr *)address, sizeof(address));assert(ret ! -1);ret listen(sock, 5);assert(ret ! -1);struct sockaddr_in client;socklen_t client_addrlength sizeof(client);int connfd accept(sock, (struct sockaddr *)client, client_addrlength);if (connfd 0){printf(errno is : %d\n, errno);}else{/* 用于保存HTTP应答的状态行、头部字段和一个空行的缓冲区 */char header_buf[BUFFER_SIZE];memset(header_buf, \0, BUFFER_SIZE);/* 用于存放目标文件内容的应用程序缓存 */char *file_buf NULL;/* 用于获取目标文件的属性比如是否为目录文件大小等 */struct stat file_stat;/* 记录目标文件是否是有效文件 */bool valid true;/* 缓冲区header_buf目前已经使用了多少字节的空间 */int len 0;if (stat(file_name, file_stat) 0) /* 目标文件不存在 */{valid false;}else{if (S_ISDIR(file_stat.st_mode)) /* 目标文件是一个目录 */{valid false;}else if (file_stat.st_mode S_IROTH) /* 当前用户有读取目标文件的权限 */{/* 动态分配缓存区file_buf, 并制定其大小为目标文件的大小* file_stat.st_size 加1 然后将目标文件读入缓存区file_buf中 */int fd open(file_name, O_RDONLY);file_buf new char [file_stat.st_size 1];memset(file_buf, \0, file_stat.st_size 1);if (read(fd, file_buf, file_stat.st_size) 0){valid false;}}else{valid false;}}/* 如果目标文件有效则发送正常的HTTP应答 */if (valid){/* 下面这部分内容将HTTP应答的状态行、“Content-Length”头部字段和一个空行* 依次加入header_buf中 */ret snprintf(header_buf, BUFFER_SIZE - 1, %s %s\r\n,HTTP/1.1, status_line[0]);len ret;ret snprintf(header_buf len, BUFFER_SIZE - 1 - len,Content-Length: %d\r\n, file_stat.st_size);len ret;ret snprintf(header_buf len, BUFFER_SIZE - 1 - len,%s, \r\n);/* 利用writev将header_buf和file_buf的内容一并写出 */struct iovec iv[2];iv[0].iov_base header_buf;iv[0].iov_len strlen(header_buf);iv[1].iov_base file_buf;iv[1].iov_len file_stat.st_size;ret writev(connfd, iv, 2);}else /* 如果目标文件无效则通知客户端服务器发生了内部错误 */{ret snprintf(header_buf, BUFFER_SIZE - 1, %s %s\r\n,HTTP/1.1, status_line[1]);len ret;ret snprintf(header_buf len, BUFFER_SIZE - 1 - len, %s,\r\n);send(connfd, header_buf, strlen(header_buf), 0);}close(connfd);delete[] file_buf;}close(sock);return 0;
}省略了HTTP请求的接收及解析该代码只关注HTTP应答的发送。
6.4 sendfile函数
在内核中操作在两个文件描述符之间直接传递数据。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。 ssize_t sendlile(int out_fd, int in_fd, off_t* offset, size_t count);
in_fd待读出必须是一个支持类似mmap函数的文件描述符即它必须指向真实的文件不能是socket和管道而out_fd待写入则必须是一个socket。由此可见sendfile几乎是专门为在网络上传输文件而设计的。
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h
#include assert.h
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
#include errno.h
#include string.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include sys/sendfile.hint main(int argc, char *argv[])
{if (argc 3){printf(usage: %s ip_address port_numberr filename\n, basename(argv[0]));return 1;}const char *ip argv[1];int port atoi(argv[2]);const char *file_name argv[3];int filefd open(file_name, O_RDONLY);assert(filefd 0);struct stat stat_buf;fstat(filefd, stat_buf);struct sockaddr_in address;bzero(address, sizeof(address));address.sin_family AF_INET;inet_pton(AF_INET, ip, address.sin_addr);address.sin_port htons(port);int sock socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(sock 0);int ret bind(sock, (struct sockaddr *)address, sizeof(address));assert(ret ! -1);ret listen(sock, 5);assert(ret ! -1);struct sockaddr_in client;socklen_t client_addrlength sizeof(client);int connfd accept(sock, (struct sockaddr *)client, client_addrlength);if (connfd 0){printf(errno is : %d\n, errno);}else{sendfile(connfd, filefd, NULL, stat_buf.st_size);close(connfd);close(filefd);}close(sock);return 0;
}没有为目标文件分配任何用户空间的缓存也没有执行读取文件的操作但同样实现 了文件的发送。
6.5 mmap函数和munmap函数
mmap函数用于申请一段内存空间。可以将这段内存作为进程间通信的共享也可为调用进程所私有内存 也可以将文件内接映射到其中。munmap函数则释放由mmap创建的这段内存空间。
void* mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); int munmap(void *start, size_t length);
6.6 splice函数
用于在两个文件描述符之间移动数据也是零拷贝。
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和fd_out必须至少有一个是管道文件描述符。
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h
#include assert.h
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
#include errno.h
#include string.h
#include fcntl.hint main(int argc, char *argv[])
{if (argc 2){printf(usage: %s ip_address port_number\n, basename(argv[0]));return 1;}const char *ip argv[1];int port atoi(argv[2]);struct sockaddr_in address;bzero(address, sizeof(address));address.sin_family AF_INET;inet_pton(AF_INET, ip, address.sin_addr);address.sin_port htons(port);int sock socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(sock 0);int ret bind(sock, (struct sockaddr *)address, sizeof(address));assert(ret ! -1);ret listen(sock, 5);assert(ret ! -1);struct sockaddr_in client;socklen_t client_addrlength sizeof(client);int connfd accept(sock, (struct sockaddr *)client, client_addrlength);if (connfd 0){printf(errno is : %d\n, errno);}else{int pipefd[2];ret pipe(pipefd); /* 创建管道 */assert(ret ! -1);/* 将connfd上流入的客户数据定向到管道中 */ret splice(connfd, NULL, pipefd[1], NULL, 32768,SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);assert(ret ! -1);/* 将管道的输出定向到connfd客户连接文件描述符 */ret splice(pipefd[0], NULL, connfd, NULL, 32768,SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);assert(ret ! -1);close(connfd);}close(sock);return 0;
}通过splice函数将客户端的内容读入到pipefd[1]中然后再使用splice函数从pipefd[0]中读出该内容到客户端从而实现了简单高效的回射服务。整个过程未执行recv或send操作因此也未涉及用户空间和内核空间之间的数据拷贝。
6.7 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。
ssize_t tee(int fd_in, int fd_out, size_t len, unsigned int flags);
#include assert.h
#include stdio.h
#include unistd.h
#include errno.h
#include string.h
#include fcntl.hint main(int argc, char *argv[])
{if (argc ! 2){printf(usage: %s file\n, basename(argv[0]));return 1;}int filefd open(argv[1], O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);assert(filefd 0);int pipefd_stdout[2];int ret pipe(pipefd_stdout);assert(ret ! -1);int pipefd_file[2];ret pipe(pipefd_file);assert(ret ! -1);/* 将标准输入内容输入管道pipefd_stdout */ret splice(STDIN_FILENO, NULL, pipefd_stdout[1], NULL,32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);assert(ret ! -1);/* 将管道pipefd_stdout 的输出复制到管道pipefd_file的输入端 */ret tee(pipefd_stdout[0], pipefd_file[1], 32768, SPLICE_F_NONBLOCK);assert(ret ! -1);/* 将管道pipefd_file的输出定向到文件描述符filefd上从而将标准输入的内容写入文件 */ret splice(pipefd_file[0], NULL, filefd, NULL,32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);assert(ret ! -1);/* 将管道pipefd_stdout 的输出定向到标准输出其内容和写入文件的内容完全一致 */ret splice(pipefd_stdout[0], NULL, STDOUT_FILENO, NULL,32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);assert(ret ! -1);close(filefd);close(pipefd_stdout[0]);close(pipefd_stdout[1]);close(pipefd_file[0]);close(pipefd_file[1]);return 0;
}6.8 fcntl函数
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fcntl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fcntl函数是由POSIX规范指定的首选方法。 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。 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标志异步I/O标志不过SIGIO信号模型并非真正意义上的异步I/O模型。
