Linux 高级 I/O 函数

pipe 函数

#include <unistd.h>
int pipe (int fd[2]);

pipe 函数将一对打开的文件描述符值填入参数指定的数组内，成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

fd[1]写入的信息可以通过 fd[0] 读出，且是单工的，默认情况下为阻塞的。

此外，可以通过 socketpair 函数建立基于 UNIX 本地域协议族的双向通道：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socketpair (int domain, int type, int protocol, int fd[2]);

dup & dup2 函数

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

dup 函数创建一个新的文件描述符，将新的文件描述符指向 file_descriptor 的文件(且返回的新的文件描述符总是系统当前可用的最小值)。dup2 函数创建的新的文件描述符的值便是我们传入的第二个参数 file_descriptor_two (若文件描述符此前已经打开，则其指向的打开文件会被替换为我们想要的)。调用失败时，都会返回 -1，并设置 errno。

注：创建的文件描述符不会继承原有属性。

readv & writev 函数

#include <sys/uio.h>
ssize_t readv (int fd, const struct iovec* vector, int count);
ssize_t writev (int fd, const struct iovec* vector, int count);

这两个函数用于读写分散的内存块(iovec 类型)，count 参数表示 vector 参数的长度。成功返回读写的字节数，失败时返回 -1 并设置 errno。

sendfile 函数

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

sendfile 函数在两个文件描述符之间直接传递数据(内核中操作)，从而避免了在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。

成功时返回传输的字节数， 失败时返回 -1 并设置 errno。

注意，sendfile 函数中的 in_fd 必须是真实文件，out_fd 必须是 socket。(几乎就是为网络传输而生的函数)

mmap & munmap 函数

mmap 函数用于申请一段内存空间，可将其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 函数则用于释放这段内存空间。

#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 参数允许用户使用某个特定地址作为这段地址的起始地址(NULL 则系统会自动分配)，length 指定这段地址的长度，prot 指定访问权限(PROT_READ 可读，PROT_WRITE 可写，PROT_EXEC 可执行，PROT_NONE 不能被访问)，flags 控制内存段内容被修改后的行为(MAP_SHARED 在进程间共享这段内存，即修改会被反映到文件中；MAP_PRIVATE进程私有，即修改不会反映到文件中)，fd 表示被映射的文件， offset 表示被映射文件内容的开始位置。

mmap 执行成功时返回目标内存指针，失败返回 MAP_FAILED 并设置 errno。munmap 成功时返回 0，失败时返回 -1 并设置 errno。

splice 函数

splice 函数也用于两个文件描述符间移动数据，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);

fd_in 表示待输入的文件描述符，off_in 表示数据偏移量，若 fd_in 是一个管道描述符则 off_in 必须设置为 NULL；fd_out 与 off_out 同理。len 表示要传输的数据长度。

成功时返回移动的字节数量，失败则返回 -1 并设置errno。

注意splice 函数要求 fd_in 和 fd_out 中必须有一个是管道文件描述符。(相当于通过管道进行缓冲)

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。且其不消耗数据，源文件描述符上的数据仍然可以用于后续读操作。

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

该函数参数含义同 splice(但 fd_in 与 fd_out 都必须是管道描述符)。

成功返回在两个文件描述符间复制的数据量，失败返回 - 1并设置 errno。

fcntl 函数

fcntl (file control) 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, ...)

fd 参数代表被操作的文件描述符，cmd 参数指定执行何种类型的操作。此处仅对网络编程中使用 fcntl 函数将一个文件描述符设置为非阻塞进行说明。

int setnoblocking(int fd)
{
	int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);
	int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
	fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
	return old_option;
}