UNP学习 高级I/O函数

首先为一个I/O函数设置超时，这有三种方法。然后是三个read和write函数的变体：

• recv和send，他们可以把含有标志的第四个参数从进程传给内核；
• readv和writev这两个函数可以指定一个缓冲区的向量以输入或输出数据；
• recvmsg和sendmsg在其他I/O函数的所有功能基础上结合了新的接收和发送辅助数据的能力。

一、套接口超时

有三种方法给套接口上的I/O操作设置超时。

1. 调用alarm，在到达指定事件时产生SIGALRM信号。这涉及到信号处理，这一点随不同实现而变化，而且可能与进程中其他已有的alarm调用冲突。
2. 使用select阻塞在等待I/O上，select内部有一个时间限制，以此代替在read或write调用上阻塞。
3. 使用新的SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIMEO套接口选项。这种方法存在一个问题，即并不是所有的实现都能支持这两个套接口选项。

二、recv和send函数

#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags);
返回：成功返回读入或写出的字节数，出错返回-
前三个参数与read和write相同，flags的值或为0，或是一个或多个常值的逻辑或构成
MSG_DONTROUTE:不查路由表
MSG_DONTWAIT:本操作不阻塞
MSG_OOB:发送或接收带外数据
MSG_PEEK:查看外来的消息
MSG_WAITTALL:等待所有数据

如果进程需要让内核来更新标志，就必须用recvmsg代替recv或recvfrom。

三、readv和writev函数

#include <sys/uio.h>

ssize_t readv(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);
ssize_t writev(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);
返回：读到或写出的字节数，出错时为-
struct iovec {
    void *iov_base;      /* starting address of buffer */
    size_t iov_len;      /* size of buffer */
};

readv和writev可用于任何描述字，不仅限于套接口描述字。

四、recvmsg和sendmsg函数

实际上，可以用recvmsg代替read、readv、readcv和recvfrom。

#include <sys/socket.h>

ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
返回：成功时为读入或写出的字符数，出错-

struct msghdr {
    void *msg_name;                 /* protocol address */用于未经连接的套接口
    socklen_t msg_namelen;          /* size of protocol address */未经连接的套接口
    struct iovec *msg_iov;          /* scatter/gather array */指明输入或输出的缓冲区数组
    size_t msg_iovlen;              /* # elements in msg_iov */
    void *msg_control;   /* ancillary data, must be aligned for a cmsghdr structure */
    socklen_t msg_controllen;       /* length of ancillary data */指明可选辅助数据的位置和大小
    int msg_flags;                  /* flags returned by recvmsg() */标志变量
};
    

辅助数据由一个或多个辅助数据对象组成，每个对象一个cmsghdr结构开头，该结构在<sys/socket.h>中定义

struct cmsghdr{
    socklen_t cmsg_len;    /* length in bytes, including this structure */字节长度
    int cmsg_level;        /* originating protocol */初始协议
    int cmsg_type;         /* protocol-specific type */协议指定类型
                           /* followed by unsigned char cmsg_data[] */真正的控制消息数据
};

因为由recvmsg返回的辅助数据可以包括任意数目的辅助数据对象，为了对应用程序屏蔽可能出现的填充字节。

在<sys/socket.h>中定义了以下五个宏，以简化对辅助数据的处理。

#include <sys/socket.h>
#include <sys/param.h>    /* for ALIGN macro on many implementations */
struct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr *mhdrptr);
返回：指向第一个cmsghdr结构的指针，无辅助数据时为NULL
struct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *mhdrptr, struct cmsghdr *cmsgptr);
返回：指向下一个cmsghdr结构的指针，不再有辅助数据对象时为NULL
unsigned char *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cmsgptr);
返回：指向与cmsghdr结构关联的数据的第一个字节的指针
unsigned int CMSG_LEN(unsigned in length);
返回：给定数量下存储在cmsg_len中的值
unsigned int CMSG_SPACE(unsigned int length);
返回：给定数据量下一个辅助数据对象的总大小

一些使用例子：
struct msghdr msg;
struct cmsghdr *cmptr;

cmptr = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
cmptr->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(int));
cmptr->cmsg_level = SOL_SOCKET;
cmptr->cmsg_type = SCM_RIGHTS;    /* send file description */
*((int *)CMSG_DATA(cmptr)) = sendfd;

使用msghdr的列子：

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <unistd.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/socket.h>

 int main(int argc, char *argv[])
 {
     int ret;
     int sock[];
     struct msghdr msg;
     struct iovec iov[];
     char send_buf[] = "Hello";

     struct msghdr msgr;
     struct iovec iovr[];
     char recv_buf[];

     ret = socketpair(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, , sock);
     if(ret == -) {
         printf("socketpair err\n");
         return ;
     }

     /* sock[1] send data to local */
     bzero(&msg, sizeof(msg));
     msg.msg_name = NULL;
     msg.msg_namelen = ;
     iov[].iov_base = send_buf;
     iov[].iov_len = sizeof(send_buf);
     msg.msg_iov = iov;
     msg.msg_iovlen = ;

     printf("Starting send data: \n");
     printf("Send data: %s\n", send_buf);
     ret = sendmsg(sock[], &msg, );
     if(ret == -) {
         printf("sendmsg err\n");
         return -;
     }
     printf("Send successful\n");

     /* sock[0] recv data to local */
     bzero(&msgr, sizeof(msgr));
     msgr.msg_name = NULL;
     msgr.msg_namelen = ;
     iovr[].iov_base = recv_buf;
     iovr[].iov_len  = sizeof(recv_buf);
     msgr.msg_iov = iovr;
     msgr.msg_iovlen = ;
     ret = recvmsg(sock[], &msgr, );
     if(ret == -) {
         printf("recvmsg err\n");
         return -;
     }
     printf("Recv successful\n");
     printf("Recv data: %s\n", recv_buf);

     close(sock[]);
     close(sock[]);

     return ;
 }

运行结果：

$ ./a.out
Starting send data:
Send data: Hello
Send successful
Recv successful
Recv data: Hello