《UNIX网络编程 卷1：套接字联网API》学习笔记——高级 I/O函数

套接字超时

涉及套接字的I/O操作上设置超时的方法有以下3种。

• （1）调用 alarm，它在指定超时期满时产生 SIGALARM 信号。
• （2）在 select 中阻塞等待I/O（select有内置的时间限制），以此代替直接阻塞在 read 或 write 调用上。
• （3）使用较新的 SO_RCVTIMEO 和 SO_SNDTIMEO 套接字选项。

recv 和 send 函数

#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 flags);
                                                返回：若成功则为读入或写成的字节数，若出错则为-1

• MSG_OOB
  对send，指明即将发送的是带外数据。
  对recv，指明即将读入的是带外数据。
• MSG_PEEK
  适用于recv/recvfrom，它允许获取数据，但数据不移出缓冲区。
• MSG_DONTWAIT
  在无需打开相应套接字的非阻塞标志的前提下，把单个I/O操作临时指定为非阻塞，接着执行I/O操作，然后关闭非阻塞标志。

readv 和 writev 函数

#include 
ssize_t readv(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);
ssize_t writev(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);
                                       返回：若成功则为读入或写出的字节数，若出错则为-1

这两个函数的第二个参数都是指向某个iovec结构数组的一个指针，其中 iovec 结构在头文件中定义：

struct iovec
{
	void* iov_base;
	size_t iov_len;
};

iovec 结构数组中元素的数目存在某个限制，具体取决于实现。

readv 和 writev 这两个函数可用于任何描述符，而不仅限于套接字。

recvmsg 和 sendmsg 函数

这两个函数是最通用的I/O函数。
可以把所有 read、readv、recv 和 recvfrom 调用替换成 recvmsg调用。
类似地，各种输出函数调用也可以替换成 sendmsg 调用。

#include 
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags);
ssize_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags);
                                返回：若成功则为读入或写出的字节数，若出错则为-1

这两个函数把大部分参数封装到一个 msghdr 结构中：

struct msghdr
{
	void* msg_name;         // 对端地址
	// 对sendmsg是一个值参数
	// 对recvmsg是一个值－结果参数
	socklen_t msg_namelen;     //　对端地址对象长
	struct iovec* msg_iov;
	int msg_iovlen;
	void* msg_control;           // 辅助数据地址
	// 对sendmsg是一个值参数
	// 对recvmsg是一个值－结果参数
	socklen_t msg_controllen;
	// recvmsg用其来接收内核处理后标志［来告知应用recvmsg中出现的一些应用可能感兴趣信息］
	int msg_flags;
};

辅助数据

辅助数据可通过调用 sendmsg 和 recvmsg 这两个函数，使用 msghdr 结构中的 msg_control 和 msg_controllen 这两个成员发送和接收。

辅助数据的另一个称谓是控制信息。

辅助数据由一个或多个辅助数据对象构成，每个对象以一个定义在头文件 中的 cmsghdr 结构开头。

struct cmsghdr
{
	socklen_t cmsg_len;
	int cmsg_level;
	int cmsg_type;
	...
};

用于简化对辅助数据的处理。

#include 
#include 
struct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr * mhdrptr);
                      返回：指向第一个 cmsghdr 结构的指针，若无辅助数据则为 NULL
                      
struct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *mhdrptr, struct cmsghdr *cmsgptr);
                             返回：指向下一个 cmsghdr 结构的指针，若不再有辅助数据对象则为 NULL
                             
unsigned char *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cmsgptr);
                               返回：指向与 cmsghdr 结构关联的数据的第一个字节的指针  
                               
unsigned int CMSG_LEN(unsigned int length);
                               返回：给定数据量下存放到 cmsg_len 中的值
                               
unsigned int CMSG_SPACE(unsigned int length);
                                返回：给定数据量下一个辅助数据对象总的大小 

排队的数据量

有3个技术可用于获悉已排队的数据量。

• （1）如果获悉已排队数据量的目的在于避免读操作阻塞在内核中，那么可以使用非阻塞式I/O。
• （2）如果既想要查看数据，又想数据仍然留在接收队列中以供本进程其他部分稍后读取，那么可以使用 MSG_PEEK 标志。
• （3）一些实现支持 ioctl 的 FIONREAD 命令。

套接字和标准 I/O

Unix I/O——包括 read、write 这两个函数及它们的变体（recv、send等等）——的函数执行I/O。
这些函数围绕描述符工作，通常作为 Unix 内核中的系统调用实现。

执行I/O的另一个方法是使用标准I/O函数库。

标准I/O函数库可用于套接字，不过需要考虑以下几点。

• 通过调用 fdopen，可以从任何一个描述符创建出一个标准I/O流。
  类似地，通过调用 fileno ，可以获取一个给定标准I/O流对应的描述符。
• TCP和UDP套接字是全双工的。
  标准I/O流也可以是全双工的：只要以 r+ 类型打开流即可，r+ 意味着读写。
• 解决上述读写问题的最简单方法是为一个给定套接字打开两个标准I/O流：一个用于读，一个用于写。

学习参考资料：

《UNIX网络编程 卷1：套接字联网API》 第3版