《《Linux／UNIX网络编程》-甘刚-电子教案 第09章IO编程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《Linux／UNIX网络编程》-甘刚-电子教案 第09章IO编程（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第9章 I/O编程,知识点： 5个I/O模型的比较与区别 常用I/O相关函数功能 高级I/O函数功能 Ioctl函数的6个使用方面,由此需要这样的能力：如果一个或多个I/O条件满足（如输入已准备好被读，或描述字可以承接更多的输出）时，就被通知到。这个能力被称为I/O复用，是由函数select和poll支持的，,对于I/O复用典型的应用如下： （1）当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。 （2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。 （3）如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。 （4）
2、如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。 （5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。,I/O模型,/O模型提供了一种机制，一个或多个I/O条件满足时就被通知是哪种模型。 将一个输入操作分为两个不同的阶段： （1）等待数据准备好。 （2）从内核到进程拷贝数据。 根据在这两个阶段的不同表现，I/O模型分为5种不同的类型，即阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O复用、信号驱动I/O和异步I/O。,1阻塞I/O模型 以前的例子都使用了这个模型，如图所示。为了便于理解模型，考虑UDP数据报，因为UDP数据报比TCP数据报要简单一些，并且把recvfrom视
3、为系统调用。,2非阻塞I/O 当请求的I/O操作非得让进程睡眠后才能进行，否则该操作不能完成，此时系统不让进程睡眠，而返回一个错误信息，直到数据报准备好，将拷贝到应用缓冲区，recvfrom返回成功指示，如图所示。,3I/O复用 I/O复用调用select或poll，并在该函数上阻塞，等待数据报套接口可读；当select返回可读条件时，调用recvfrom将数据报拷贝到应用程序缓冲区中，如图所示。,4信号驱动I/O 让内核在描述字准备好时用信号SIGIO通知，通过系统调用安装一个信号处理程序，系统调用立即返回，进程继续工作，如图所示。,5异步I/O 这种模型没有被广泛应用，只作了解，如图所示。
4、,各种模型的比较,select函数,elect函数，它允许进程指示内核等待多个事件中的任意一个发生，并仅在一个或多个事件发生或经过指定的时间时才唤醒进程。这个函数的形式如下： #include #include int select(int maxfdp 1, fd_set*readset,fd_set*writeset, fd_set*execepset,const struct timeval * timeout); 返回：准备好描述字的正数目，0为超时，-1为出错。,在上面的参数中可以看到一个timeval结构，这个结构可以提供秒数和毫秒数成员，形式如下： struct timeval
5、long tv_sec; /second*/ long tv_usec; /*microsecond*/ 这个timeval结构有以下3种可能： （1）永远等待下去：仅在有一个描述字准备好I/O时才返回，因此可以将参数timeout设置为空指针。 （2）等待固定时间：在有一个描述字准备好I/O时返回，但不超过由timeout参数所指timeval结构中指定的秒数和微秒数。 （3）根本不用等待：检查描述字后立即返回，这称为轮询（polling）。,参数readset、writeset和execeptset指定让内核测试读、写、异常条件的描述字。如果我们对它们不感兴趣，可将其设为空指针。 sele
6、ct函数使用描述字集为参数readset（writeset或exceptset）指定多个描述字，描述字集是一个整数数组，每个数中的每一个对应于一个描述字，例如32位整数，则数组的第一个元素对应于031描述字，第二个元素对应于3263描述字等,操作这些描述字的几个宏： void FD_ZERO()fd_set * fdset); /*将所有位设为0*/ void FD_SET(int fd,fd_set*fdset); /*将fd位设为1*/ void FD_CLR(int fd,fd_set * fdset); /*将fd位设为0*/ int FD_ISSET(int fd,fd_set *
7、fdset): /*检测fd位是否为1*/,参数readset、writeset、exceptset为值结果参数，调用select时，指定我们所关心的描述字，返回时结果指示那些描述字已准备好。 参数maxfdp1指定被测试的描述字的个数，它是被测试的最大描述字加1。如要测试1，2，4描述字，则必须测试0，1，2，3，4共5个描述字。 函数的返回值表示所有描述字集中已准备好的描述字个数。如定时到，则返回0；若出错，则返回-1。,当select()函数调用阻塞时，当套接口读、写准备好或异常时select返回，那么什么时候认为套接口准备好呢？ 1套接口准备好读的条件 2下列3个条件中的任一个满足时，
8、套接口准备好写 3异常处理,shutdown函数,以前终止连接的方法是调用close函数，该函数并不进行真正的四分组终止序列，而是将描述字的访问计数减1，仅在此计数为0时才关闭套接口，发送TCP的正常连接终止序列。本节介绍的函数shutdown()可避免close的两个限制：,1）close将描述字的访问计数减1，仅在此计数为0时才关闭套接口。用shutdown可以激发TCP的正常连接终止序列，而不管访问计数。 （2）close终止了数据传送的两个方向：读和写。由于TCP连接是全双工的，有很多时候要通知另一端已完成了数据发送，即使那一端仍有许多数据要发送也是如此。shutdown函数可以仅仅关
9、闭连接的读、写或两个方向都关闭。如图9-7所示就是该情况下的典型函数调用。,# include int shutdown(int sockfd, int howto); 返回：0表示成功，-1表示出错。 参数sockfd为要关闭的套接口描述字。 参数howto可以为以下常值：,1）SHUT_RD：关闭连接的读这一半，不再接收套接口中的数据，而且留在套接口接收缓冲区中的数据都作废。进程不能再对套接口执行任何读函数。调用此函数后，TCP套接口接收的任何数据都被确认，但数据本身扔掉。 （2）SHUT_WD：关闭连接的写这一半，在TCP场合下，这种情况称为半关闭（half-close）（TCPvl的1
10、8.5节）。当前留在套接口发送缓冲区中的数据都被发送，后跟正常的TCP连接终止序列，进程不能再执行对套接口的任何写函数。 （3）SHUT_RDWR：连接的读这一半和写这一半都关闭，等同于调用函数shutdown()两次，第一次调用时用SHUT_RD，第二次调用时用SHUT_WR。,poll函数,poll()函数提供了与select()函数相似的功能，但是当涉及到流设备时，它还提供一些附加的功能。 现在看一下poll函数的形式： # include int poll (struct pollfd *fdarray , unsigned long nfds, int timeout); 返回：准备
11、好描述字的个数，若为0，表示超时，若为-1，表示出错。 poll函数的返回值成功时为准备好描述字的个数；出错返回-1；若定时器到，还没有描述字准备好，则返回0。如果我们不关心某个描述字，可将其pollfd结构中的fd成员设为负数。,第一个参数是指向一个结构数组第一个元素的指针，每个数组元素都是一个pollfd结构，它规定了为测试给定描述字fd的一些条件。下面就是pollfd结构的源代码： struct pollfd int fd; short events; short revent; ;,要测试的条件由成员events规定，函数在相应的revents成员中返回描述字的状态（每个描述字有两个变
12、量：一个为调用值，另一个为结果，以此避免使用值结果参数。回想一下，函数select的中间3个参数都是值结果参数）。这两个成员中的每一个都由指定某个条件的一位或多位组成。,对于TCP和UDP套接口，将引起poll返回的revents具体化： （1）所有正规TCP数据和UDP数据都被认为是普通数据。 （2）TCP的带外数据被认为是优先级带数据。 （3）当TCP连接的读这一半关闭时（如接收了一个FIN），也认为是普通数据，且后续的读操作将返回0。TCP连接存在错误既可认为是普通数据，也可认为是POLLERR错误。无论哪种情况，后续的读操作将返回-1，并设置error，这就处理了诸如接收到RST或超时
13、等条件。 （4）在监听套接口上新连接的可用性既可认为是普通数据，也可认为是优先级带数据，大多数实现都将其作为普通数据考虑。,参数timeout同select中的timeout的功能一样，指定函数返回前等待多长时间，它是一个指定应等待的毫秒数的正值。有3种情况：大于0，等待知道数目的时间；等于0，立即返回，不阻塞；INFTIM，永远等待。,高级的I/O编程,recv()和send()，它们可以把含有标志的第4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()函数，在其他I/O函数的所有功能基础上结
14、合了新的接收和发送辅助数据的能力。,recv和send函数,函数send()的功能和write()相似，它在write()功能的基础上增加了3个参数，用来对套接字的写操作进行控制，函数的形式如下： # include # include ssize_t recv (int sockfd , void *buff , size_t nbytes , int flags); ssize_t send (int sockfd , const void *buff , size_t nbytes , int flasg); 返回：成功返回读入或写出的字节数，出错返回-1。 sockfd是套接字描述符，
15、buff是存放数据的应用缓冲区，nbytes是缓冲区的数据长度，flags是控制选项,recvmsg和sendmsg函数,这两个函数可通用在所有的I/O函数中，它可以代替read()、readv()、recv()和recvfrom()等，同样sendmsg()也可以代替各种输出函数。 # include 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节数
16、，出错时为-1。 这两个函数几乎包含了所有的读/写操作函数的功能，并把大部分参数包装到一个msghdr结构中。,struct msghdr void * msg_name; /*protocol adderss*/ socklen_t msg_namelen; /*size of protocol adderss*/ struct iovec *msg_iov; /*scatter / gather array*/ size_t sg_iovlen; /*# element in msg_iov*/ void *msg_control; /*ancillary data;must be aligned for a cmsghdr structure */ socklen_t msg_controllen; /*length of ancillary data */ int msg_flags ; /*flags returned by recvmsg()*/ ;,非阻塞connect,
