linux高性能服务器编程 (六) --高级I/O函数

第六章 高级I/O函数

　　Linux提供了很多高级的I/O函数，它不是基础的I/O函数（open/read）

　　　　1、创建文件描述符的函数比如：pipe、dup/dup2函数

　　　　2、读写数据的函数比如：readv/writev、sendfile、mmap/munmap、splice 和 tee 函数

　　　　3、控制 I/O 行为和属性的函数比如：fcntl 函数

　　pipe函数可以创建一个管道，管道是一种把两个进程之间的标准输入和输出连接起来的机制。从而可以实现让多进程之间进行通信。pipe创建的管道是单工的，所以需要提供两个文件描述符来操作管道。其中一个进行写操作，另外一个进行读操作。管道的读写和一般的i/o read write 逻辑一致。

　　

　　1、pipe 创建管道

　　int pipe (int filedes[2])

　   pipe 创建管道参数数组包含pipe使用的两个文件描述符。 fd[0] 用于读管道，fd[1] 用于写管道。在创建管道的时候必须在fork()中调用pipe().否则子进程不会继承文件描述符。两个进程不共享祖先进程。就不能在使用pipe().但是可以使用命名管道。

　　由于pipe是单工的，如果要实现双向管道数据传输。就应该使用两个管道。默认情况下，单工的管道描述符都是阻塞的。比如，如果read 读取一个空的管道，则read将被阻塞。直到管道内有数据可读。如果用write系统调用往一个已满的管道中写入数据，则write将被阻塞。直到管道内有足够的空闲空间下来才能用。那么如果将fd 都设置为非阻塞。则read 和write 会有不同的行为。如果写端文件描述符fd[1] 的引用计数减少至0 则没有进程需要往管道中写入，则 读文件描述符fd[0] 将读到 0 和 文件结束标记（EOF）。如果读文件描述符fd[0] 的引用计数减少到0 则没有任何进程需要从管道读取数据，则写端文件描述符fd[1] 的write将失败。并引发SIGPIPE信号。另外 socket 的基础api 提供了创建双向管道。socketpair 函数可以实现。

　　管道内传输的数据都是字节流。和TCP字节流类似，但是不一样。应用程序能往TCP连接中写入多少字节流的数据。取决于对方的接收通告窗口的大小和本端的拥塞窗口大小。而管道本身拥有一个容量限制。通过 fcntl 函数可以修改管道容量。

　　2、dup 函数和 dup2 函数

　　　　dup 函数和dup2 函数都是用于复制文件描述符。dup 返回的文件描述符是取系统当前最小的整数值，dup2返回第一个不小于file_descriptor_two的整数值。

　3、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。

　　　　ssize_t readv(int fd, const struct iovec* vector, int count);

　　　　ssize_t writev(int fd, const struct iovec* vector, int count);

　　　　fd 被操作的文件描述符,vector 一块内存区,count 是内存区的长度，即多少块内存数据需要从 fd 读出或写到 fd

　　4、sendfile 函数

　　　　sendfile 函数 在两个文件描述符之间直接传递数据。从而避免内核缓存区和用户缓存区之间的数据拷贝，效率高，称零拷贝。

　　5、mmap 函数 和 munmap 函数

　　　　mmap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通信的共享内存。也可以将文件直接映射到其中。munmap 函数释放由mmap创建的这段内存空间。

　　6、splice 函数

　　　　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。

　　7、tee 函数

　　　　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。也不消耗数据，因此源文件描述符上的数据仍然可以用于后续的读操作。

　　8、fcntl 函数

　　　   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 ioctl 比 fcntl 能够执行更多的控制。但是fcntl 函数是 POSIX 规范指定的首选方法。