6.2 dup函数和dup2函数
#include <unistd.h>
// 创建一个新的文件描述符，与原描述符file_descriptor指向相同文件、管道或网络连接
// 返回系统当前可用的最小整数值作为新描述符
// 失败返回-1并设置errno
int dup( int file_descriptor );
// 返回第一个不小于file_descriptor_two整数值作为新描述符
int dup2(int file_descriptor_one, int file_descriptor_two );
/*通过dup/dup2创建的文件描述符不继承原文件描述符的属性，必须close-on-exec,non-blocking*/
示例：
...
...
int connfd = accept( ... ); // 获得客户端socket连接
if(connfd < 0) {
printf("errno : %d\n", errno);
} else {
close(STDOUT_FILENO); // 关闭标准输出文件描述符，其值为1
dup(connfd); // 复制connfd, 返回系统最小可用描述符，实际为1
printf("abcd\n"); // 输出到标准输出的内容将被发送到客户端socket上
close(connfd);
}
...
6.3 readv和writev函数
分散读：readv将从数据从文件描述符读到分散内存块中；
集中写：writev将分散内存块中数据一并写到文件描述符中；
#include <sys/uio.h>
// count: vector数据长度，即有多少块内存区
// 成功返回读/写fd的字节数，失败返回-1并设置errno
ssize_t readv( int fd, const struct iovec* vector, int count );
ssize_t writev( int fd, const struct iovec* vector, int count );
考虑一个Web服务器。当其解析完一个HTTP请求，若目标文档存在且用户具有读取权限，那服务器需发送一个HTTP应答传输该文档。
该HTTP应答包含一个状态行、多个头部字段、一个空行和文档内容。其中，前三部分可能被Web服务器存放在一块内存中，文档内容则被存放在另一块单独内存中。此时，我们不需要将这两部分分开读再拼接到一起发送，而是直接使用writev函数集中写发送。
Web服务器上的集中写：
#define BUFFER_SIZE 1024
static const char* status_line[2] = { "200 OK", "500 Internal server error" };
int main( int argc, char* argv[] )
{
...
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缓存
char* file_buf;
// 用户获取目标文件的属性，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;
// 缓存区header_buf已使用的字节空间长度
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
{
int fd = open( file_name, O_RDONLY );
// 动态分别缓冲区大小为目标文件大小加1
file_buf = new char [ file_stat.st_size + 1 ];
memset( file_buf, '\0', file_stat.st_size + 1 );
// 读入目标文件到缓冲区中
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HTTP应答
if( valid )
{
// HTTP状态行加入缓冲区
ret = snprintf( header_buf, BUFFER_SIZE-1, "%s %s\r\n", "HTTP/1.1", status_line[0] );
len += ret;
// Content-Length头部字段加入缓冲区
ret = snprintf( header_buf + len, BUFFER_SIZE-1-len,
"Content-Length: %d\r\n", file_stat.st_size );
len += ret;
// 空行加入缓冲区
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 // 若目标文件无效，发送错误码"500 Internal server error"
{
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;
}
6.4 sendfile函数
sendfile函数在两个文件描述符之间之间直接传递数据，完全在内核中操作，避免了内核缓冲区到用户缓冲区之间的数据拷贝，效率很高，被称为”零拷贝“。
#include <sys/sendfile.h>
// in_fd： 待读出数据的文件描述符, 必须指向真实文件，不能是socket和管道
// out_fd: 待写入数据的文件描述符， 必须是一个socket
// offset: 指定从读入文件流哪个位置开始读， 若为空，则默认起始位置
// count: 传输字节数
// 成功返回传输字节数，失败返回-1并设置errno
ssize_t sendfile( int out_fd, int in_fd, off_t* offset, size_t count );
由上可见，sendfile是为在网络中传输文件而设计的。
...
int filefd = open( file_name, O_RDONLY );
assert( filefd > 0 );
struct stat stat_buf;
fstat( filefd, $stat_buf );
...
sendfile( connfd, filefd, NULL, stat_buf.st_size );
6.5 mmap和munmap函数
mmap函数用于申请一段内存空间，可将这段空间作为进程间通信的共享内存，也可将文件直接映射到其中。
munmap则释放由mmap创建的内存空间。
#include <sys/mman.h>
/*
start: 申请内存的起始地址，若设置为NULL，则系统自动分配
length: 内存段长度
prot: 内存段访问权限，可由以下值按位或：
PROT_READ 可读 PROT_WRITE 可写 PROT_EXEC 可执行 PROT_NONE 不可访问
flags: 控制内存段内容被修改后程序的行为，取值见下表，各值可按位或
fd: 被映射文件的描述符
offset: 从文件何处开始映射
*/
// 成功返回指向目标内存区域的指针，失败返回MAP_FILLED并设置errno
void* mmap( void* start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset );
// 成功时返回0， 失败返回-1并设置errno
int munmap( void* start, size_t length );
mmap的flags参数常用值及含义：
6.6 splice函数
splic函数用于在两个文件描述之间移动数据，同样是零拷贝操作。
#include <fcntl.h>
/*
fd_in: 待输入数据的文件描述符
off_in: 若fd_in是一个管道描述符，off_in必须设为NULL。
若值为NULL，表示从当前偏移位置开始读；
len: 移动数据的长度
flags: 控制数据如何移动，取值见下表
fd_in和fd_out必须有一个是管道描述符
成功时返回移动数据字节量，失败返回-1并设置errno
*/
ssize_t splice( int fd_in, loff_t* off_in, in fl_out, loff_t* off_out, size_t len, unsigned int flags );
splice的flags常用值及含义：
零拷贝回射服务器，将客户端发送的数据原样返回给客户端：
int main( int argc, char* argv[] )
{
...
...
int connfd = accept( sock, ( struct sockaddr* )&client, &client_addrlength );
if ( connfd < 0 )
{
printf( "errno is: %d\n", errno );
}
else
{
int pipefd[2];
assert( ret != -1 );
// 创建管道
ret = pipe( pipefd );
// 将connfd上流入的客户端数据定向到管道中
ret = splice( connfd, NULL, pipefd[1], NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE );
assert( ret != -1 );
// 将管道数输出定向到connfd端口中
ret = splice( pipefd[0], NULL, connfd, NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE );
assert( ret != -1 );
close( connfd );
}
close( sock );
return 0;
}
6.7 tee函数
tee函数在两个管道描述符之间复制数据，也是零拷贝操作。tee操作不消耗数据，因此源文件描述符中的数据仍可使用。
#include <fcntl.h>
/*
fd_in和fd_out都必须是管道文件描述符
成功返回移动数据字节数，失败返回-1并设置errno
*/
ssize_t tee( int fd_in, int fd_out, size_t len, unsigned int flags );
6.8 fcntl函数
file control，提供了对文件描述符的各种操作。
#include <fcntl.h>
// cmd指定执行何种操作，根据操作要求，可能还需设置第三个可选参数，见下表
// 成功返回值见下表，失败返回-1并设置errno
int fcntl( int fd, int cmd, ...);
fcntl支持的常用参数及参数：
fcntl将一个文件描述符设置为非阻塞：
int setnonblocking( int fd )
{
int old_opt = fcntl( fd, F_GETFL); // 获取文件描述符旧状态
int new_opt = old_opt | O_NONBLOCK; // 设置非阻塞
fcntl( fd, F_SETFL, new_opt );
return old_opt; // 返回旧状态，以便日后恢复
}
SIGIO和SIGURG信号必须与某个文件描述符关联才可使用：
当被关联文件描述符可读或可写时，将触发SIGIO信号；当被关联文件描述符（必须为socket）上有带外数据时，将触发SIGURG信号。
将信号与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，还需利用fcntl设置其O_ASYNC异步标志。
