6 高级IO函数

6.1　pipe函数

pipe函数创建一个管道，用于实现进程间通信

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

参数包含两个文件描述符fd[0]和fd[1]，往fd[1]写入的数据可以从fd[0]读出

默认情况下这对文件描述符都是阻塞的。如果用read调用读取一个空管道，read将会阻塞直到有数据可读为止；write类似。

如果将fd[0]\fd[1]都设置为非阻塞，则read和write会有不同行为。如果fd[1]引用计数减少到０，即没有任何进程需要往管道写入数据，则对fd[0]的read操作返回０，即读到了EOF；反之，如果fd[0]引用计数减少至０，则对fd[1]的write操作将失败，并引发SIGPIPE信号。

管道内部传输的数据是字节流，这和TCP字节流的概念相同。从Linux 2.6.11开始，管道容量的大小是默认65536字节。可以使用fcntl修改。

socketpair函数可以方便的创建双向管道：

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

6.2　dup函数和dup2函数 

复制文件描述符，它们经常用来重定向进程的stdin、stdout和stderr。文件描述符是与打开文件或者数据流 相关联的整数， 0、1、2 是系统保留的三个文件描述符，分别对应标准输入、标准输出、标准错误

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

利用函数dup，我们可以复制一个描述符。传给该函数一个既有的描述符，它就会返回一个新的描述符，这个新的描述符是传给它的描述符的拷贝。这意味着，这两个描述符共享同一个数据结构。

dup2函数跟dup函数相似，但dup2函数允许调用者规定一个有效描述符和目标描述符的id。dup2函数成功返回时，目标描述符（dup2函数的第二个参数）将变成源描述符（dup2函数的第一个参数）的复制品，换句话说，两个文件描述符现在都指向同一个文件，并且是函数第一个参数指向的文件。

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

例子：CGI服务器的基本原理

    int connfd = accept( sock, ( struct sockaddr* )&client, &client_addrlength );
     if ( connfd <  )
     {
         printf( "errno is: %d\n", errno );
     }
     else
     {
         close( STDOUT_FILENO );
         dup( connfd );
         printf( "abcd\n" );
         close( connfd );
     }

关闭标准输出文件描述符，dup总返回系统最小的可用文件描述符，所以实际返回值是1，这样就将所连接的socket文件描述符connfd定位到标书输出，printf调用的输出将被客户端获得，这就是CGI服务器的基本原理

6.3　readv函数和writev函数 

读指从文件描述符读到内存，写指从内存写入文件描述符

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。

 #include<sysy/uio.h>
 ssize_t readv(int fd, const struct iovec* vector, int count);
 ssize_t writev(int fd, const struct iovec* vector, int count);
 struct iovec {
     void *iov_base; //starting address
     size_t iov_len; //number of bytes to transfer
 };

例子：web服务器对客户端的HTTP请求响应，HTTP应答包含1个状态行，多个头部字段，1个空行和文档内容，这些可能不在一起，可以用writev写入一个文件描述符

 struct iovec iv[];
 iv[  ].iov_base = header_buf;
 iv[  ].iov_len = strlen( header_buf );
 iv[  ].iov_base = file_buf;
 iv[  ].iov_len = file_stat.st_size;
 ret = writev( connfd, iv,  );

6.4　sendfile函数

sendfile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。

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

in_fd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设计的。

offset：读入位置

count：传输字节数

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，也可以将文件直接映射到其中。munmap释放这段内存空间。

 #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);

start可以指定这段内存的起始地址，当为NULL时，系统自动分配一个地址。

prot参数用来设置访问权限。按位或：

 PROT_READ        //内存可读
 PROT_WRITE    //内存可写
 PROT_EXEC    //内存段可执行
 PROT_NONE    //内存段不能被访问

flags参数控制内存段修改后的行为

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);

使用splice函数，fd_in和fd_out必须至少有一个是管道文件描述符，splice函数调用成功时返回移动字节的数量

如果fd_in是管道描述符，那么off_in必须为NULL。若不是管道，则标示从什么位置读取，fd_out类似

flags参数：

 SPLICE_F_MOVE    //按整页内存移动数据，只是给内核一个提示，没有实际效果。
 SPLICE_F_NONBLOCK    //实际效果还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：后续的splice调用将读取更多数据。
 SPLICE_F_GIFT    //没有效果    

例子：使用splice函数实现的echo服务器

     int connfd = accept( sock, ( struct sockaddr* )&client, &client_addrlength );
     if ( connfd <  )
     {
         printf( "errno is: %d\n", errno );
     }
     else
     {
         int pipefd[];
         assert( ret != - );
         ret = pipe( pipefd );
         ret = splice( connfd, NULL, pipefd[], NULL, , SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE );     //从connfd流入的客户端数据定向到管道
         assert( ret != - );
         ret = splice( pipefd[], NULL, connfd, NULL, , SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE );    //将管道输出定向到connfd客户端连接的文件描述符
         assert( ret != - );
         close( connfd );
     }

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。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

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

6.8　fcntl函数

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, ...);

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 重要常用

 #include <fcntl.h>
 int fcntl(int fd, int cmd, ...);
 int setnonblocking(int fd)
 {
     int old_option = fcntl( fd ,F_GETFD );    //获取文件描述符旧状态标志
     int new_option = odl_option | O_NONBLOCK；    //设置非阻塞标志
     funcl( fd, F_SETFL, new_option);
     return old_option;    //返回旧状态以便日后恢复
 }