1、概述

什么是高级I/O函数

不是基础I/O函数的就是高级I/O函数，基础的I/O函数包括open 、read等。

本章重点介绍什么？

高级I/O函数一般不常用，本章重点介绍与网络编程相关的，他们大致可分为三类：

• 用于创建文件描述符的函数，包括pipe 、dup/dup2函数。
• 用于读写数据的函数，包括readv/writev 、sendfile 、mmap/munmap 、splice 和 tee函数。
• 用于控制I/O行为和属性的函数，包括fcntl函数

2、pipe 函数

pipe函数创建一个管道，以实现进程通信。本书在13.4节讨论如何使用管道实现进程间的哦通信，这里只介绍基本使用方法和注意事项。pipe函数定义如下：

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

参数是一个长度为2的int数组。
该函数成功返回0，并将 一对 打开的文件描述符值填充到传入的fd数组中。其中fd[0] 和 fd[1]分别是管道的两端。如果失败，返回-1并设置errno。

注意事项

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

2、dup函数和dup2函数

又时我们希望吧标准输入重定向到一个文件（类似于C++的ifstream），或者把标准输出重定向到一个网络连接（比如CGI编程）。这可以通过下面的用于复制文件描述符的dup或dup2函数实现：

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

dup函数返回一个新的文件描述符，该新文件描述符和原有文件描述符file_descriptor指向相同的 文件、管道或网络连接。
dup返回的文件描述符总是取系统当前可用的最小的整数值。

3、readv 和 writev函数

readv函数将数据从文件描述符读到分散的内存块中，即 分散读；writev 函数则将多块分散的内存数据一并写入文件描述符中，即 集中写。他们的定义如下：

#inlcude<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);

参数说明：

• fd是被读取 或 写入的文件描述符。
• vector参数的类型是iovec结构体的数组（iovec是什么）。
• count参数是vector数组的长度，即 有多少内存数据需要从fd读出或写入到fd。

返回值：
readv 和 writev在成功时返回读出 或 写入fd的字节数，失败则返回-1并设置errno。

这两个函数其实相当于简化版的recvmsg 和 sendmsg：（复习一下）

#include<sys/socket.h>
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags);
ssize_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags);

4、sendfile函数

sendfile函数在两个文件描述符之间直接传递数据（完全在内核中操作），从而避免了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。sendfile函数定义如下：

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

参数说明：

• in_fd参数是输出其内容的文件描述符。其实就是输入流。in_fd必须是一个支持类似mmap函数的文件描述符，即他必须指向真实的文件，不能是socket和管道。
• out_fd参数是接收输出内容的文件描述符。out_fd必须是一个socket。
• offset参数指定从读入文件流的哪个位置开始读，如果为空（NULL），则使用读入文件流默认的起始位置。
• count参数指定两个文件描述符之间传输的字节数。

由in_fd 和 out_fd的限制可见，该函数几乎是专门为在网络上传输文件而设计的。

返回值说明：

sendfile成功时返回传输的字节数，失败返回-1并设置errno。

5、mmap 和 munmap函数

这两个函数可用于进程间共享内存。

mmap函数申请一段内存空间，我们可以将这段内存空间作为进程间通信的共享内存，也可以将文件直接映射到其中。munmap函数则释放由mmap创建的这段内存空间。他们的定义如下：

#include<sys/mman.h>
void* mmap(void* start, size_t length, int port, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void* start, size_t length);

6、splice函数

splice函数用于在两个文件描述符之间移动数据，也是零拷贝操作。函数定义如下：

#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);

参数说明：

• fd_in是输出其数据的文件描述符。就是输入流。
• off_in的含义随fd_in代表的文件类型而改变：
  ——若fd_in是管道文件描述符，那么off_in参数必须被设置为NULL。
  ——若fd_in不是管道文件描述符，那它指向输入数据流中开始读取数据的位置。若被置为NULL，则表示从输入流的当前偏移位置读入。
• fd_out / off_out的含义与fd_in / off_in相同，不过用于输出数据流。
• len指定移动数据的长度。
• flags参数控制数据如何移动，他可以被设置为下标中的某些值的按位或。

返回值说明：

splice函数调用成功时返回移动字节的数量。可能返回0，表示没有数据需要移动，这有可能发生在 从管道中读取数据而该管道中没有任何数据时。
失败时返回-1，并设置errno。

7、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。他不消耗数据，拷贝后，源文件描述符上的数据仍然可以用于后续的读操作。函数原型如下：

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

参数说明：

其实和splice函数的参数意义相同，只不过输入流和输出流都必须是文件描述符。

• fd_in输入流
• fd_out输出流

返回值：

成功返回在两个文件描述符之间复制的字节数，返回0表示没有复制任何数据。
失败时返回-1，并设置errno。

8、fcntl(file control)函数

顾名思义，该函数用来对文件描述符执行各种控制操作。还有一个常见的控制文件描述符属性和行为的系统调用是ioctl，而且ioctl比fcntl能够执行更多的控制。但是，只控制文件描述符常用的属性和行为，fcntl函数是首选方法。其定义如下：

#include<fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ...);

fd参数是被操作的文件描述符，cmd参数指定执行何种类型的操作。根据操作类型的不同，该函数可能还需要第三个可选参数。fcntl支持的常用操作及其参数如下表所示：


fcntl函数成功时的返回值如上表中 最后一列所示，失败则返回-1并设置errno。

在网络编程中，fcntl函数通常用来将一个文件描述符设置为非阻塞的，如下面代码所示：

int set_nonblocking(int fd)
{
	int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);		获取文件描述符旧的状态标志
	int new_option = old_option | O_NONBLOCK;	设置非阻塞标志
	fcntl(fd, F_SETFL, new_option);				
	return old_option;							返回文件描述符旧的状态标志，以便日后恢复该状态
}