Linux之socket程式設計資料IO和復用

在linux之socket程式設計：網路程式設計基礎中介紹了socket程式設計中的一些框架性函式。可以保證網路資料能夠正常地到達使用者，這篇部落格主要講解網路通訊資料的互動，即網路資料的收發以及io模型。

#include
#include
ssize_t send
(int sockfd,
const
void
*buf, size_t len,
int flags)
; ssize_t sendto
(int sockfd,
const
void
*buf, size_t len,
int flags,
const
struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen)
; ssize_t sendmsg
(int sockfd,
const
struct msghdr *msg,
int flags)
; ssize_t recv
(int sockfd,
void
*buf, size_t len,
int flags)
; ssize_t recvfrom
(int sockfd,
void
*buf, size_t len,
int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen)
; ssize_t recvmsg
(int sockfd,
struct msghdr *msg,
int flags)
;#include
ssize_t readv
(int fd,
const
struct iovec *iov,
int iovcnt)
; ssize_t writev
(int fd,
const
struct iovec *iov,
int iovcnt)
;

這些函式中flags的值有如下，可以是單獨的乙個值也可以是按位或生成的復合值

這幾個函式都可用於接收多個緩衝區資料。其中readv和writev直接在引數中指定緩衝區向量vector的個數，其中vector是一組vector向量的陣列。其資料結構定義如下：

struct iovec 
;

在使用中需要指定iovec的iov_base的長度，值存放在iov_len中。

而在recvmsg和sendmsg中的引數更為複雜，struct msghdr定義如下：

struct msghdr 
;

io的方式有阻塞io、非阻塞io、io復用、訊號驅動、非同步io等。其中阻塞io是最通用的io型別，使用這個模型進行資料接收的時候，在資料沒有到達之前程式會一直等待。而非阻塞io，則對每次請求，核心都不會阻塞，無論是否有資料到達都會立即返回。

使用io復用模型可以在等待的時候加入超時時間，當超時時間沒有到達的時候與阻塞的情況一致，而當超市時間到達仍然沒有資料接收到，會返回不再等待。流程如下：

其中函式有select和poll函式。

#include
/* according to earlier standards */
#include
#include
#include
intselect
(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds,
struct timeval *timeout)
;void
fd_clr
(int fd, fd_set *set)
;int
fd_isset
(int fd, fd_set *set)
;void
fd_set
(int fd, fd_set *set)
;void
fd_zero
(fd_set *set)
;

其中readfds、writefds、exceptfds分別為我們關心的是否可讀、可寫、異常的檔案描述符集，不關心的可以設定為null。在linux中fd_set是乙個很大的位元組陣列，其中每個檔案描述符都只占用一位（描述符0占用第0位…）。可以使用fd_clr把檔案描述符fd相應的位清零，使用fd_set把檔案描述符fd相對應的位置位，而使用fd_zero把檔案描述符集中的所有位都清0，fd_isset用來檢測檔案描述符fd在檔案描述符集中是否置位。nfds引數是這三個檔案描述集中最大檔案描述符的值加1，這個數其實是告訴核心我們所關心的描述符的範圍，可以使用fd_setsize(1024),但是這會浪費資源。最後乙個引數便是超時時間的設定。

select函式的返回值有三種：返回-1，表示發生了錯誤，在監聽的時候發生捕捉到了訊號；返回0，表示超時；返回乙個正數，表示有檔案已經就緒了，這時需要使用fd_isset來判斷是哪個檔案準備好了。select函式返回時會把沒有滿足條件的檔案描述符fd對應的位清零，所以再次使用時需要重新新增。

io復用中還有乙個poll函式也可以實現相同的功能，其中poll不是為每個條件構造乙個描述符集，而是構造乙個pollfd結構的陣列，每個成員指定乙個描述符編號以及我們對該描述符感興趣的條件。超時時間是以毫秒為單位。返回值的情況和select一致。第二個引數是pollfd的個數。

#include
intpoll
(struct pollfd *fds, nfds_t nfds,
int timeout)
;struct pollfd 
;

由於select和poll函式會受到訊號的影響，所以可以使用pselect和ppoll這兩個函式來遮蔽訊號的影響，從而避免函式執行過程中受訊號的干擾。

前幾種io模式我們過於被動，復用io也是需要等待一段時間（實質是輪詢檢視）。這裡可以使用非同步io，在我們所關心的條件滿足後，通過訊號來通知。這樣就不需要進行過多的等待了。原理如圖：

在linux中非同步io訊號是sigio和sigurg的組合，其中sigio是通用非同步io訊號，而sigurg則只用來通知程序網路連線上的帶外資料已經到達。

為了接收到非同步io訊號，需要執行以下3步：

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