#include <unistd.h> int dup(int file_descriptor); int dup2(int file_descriptor_one, int file_descriptor_two);
- dup创建一个新的文件描写叙述符, 此描写叙述符和原有的file_descriptor指向同样的文件、管道或者网络连接。
- dup返回的文件描写叙述符总是取系统当前可用的最小整数值。
dup2函数通过使用參数file_descriptor_two指定新描写叙述符数值,假设file_descriptor_two已经打开。则先关闭。若file_descriptor_one = file_descriptor_two,而不关闭。
两者调用失败均返回-1, 并设置errno。
//利用dup模拟实现一个主要的CGIserver #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <assert.h> int main(int argc, char **argv) { if (argc != 3) { fprintf(stderr, "Usage: %s id port ", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; address.sin_port = htons(port); inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock >= 0); int ret = bind(sock, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(sock, 5); assert(ret != -1); struct sockaddr_in client; socklen_t client_addrlength = sizeof(client); int connfd = accept(sock, (struct sockaddr*)&client, &client_addrlength); if (connfd < 0) { printf("error: %s ", strerror(errno)); } else { close(STDOUT_FILENO); //关闭标准输出 dup(connfd); //重定向1到connfd,这样server的标准输出内容会直接发送到客户端socket。这就是CGI的基本原理 printf("abc. close stdout_fileno test... dup to client "); //printf会直接输出会发送到客户端 close(connfd); } close(sock); return 0; }
readv将数据从文件描写叙述符读到分散的内存块中,即分散读。
writev将多块分散的内存一并写入文件描写叙述符中,即集中写。
#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);fd參数是被操作的文件描写叙述符。
vector參数是iovec结构体:
#include <sys/uio.h> struct iovec { void *iov_base; //指向一个缓冲区,这个缓冲区是存放readv所接收的数据或是writev将要发送的数据 size_t iov_len; //接收的长度以及实际写入的长度 };count參数是vector数组的长度。即有多少块内存数据须要从fd读出或写到fd。
两者调用成功是返回读出/写入fd的字节数,失败返回-1,并设置errno。
相似于简化版的recvmsg和sendmsg。
以下简陋的模拟WEBserver,採用集中写的方式。
省略了HTTP请求的接收及解析, 直接将目标文件作为第3个參数传递给服务端程序。客户端telnet到服务端就可以获得该文件。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <assert.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <errno.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <fcntl.h> #define BUFFER_SIZE 1024 //定义两种HTTP状态码和状态信息 static const char *status_line[2] = {"200 OK", "500 Internal server error"}; int main(int argc, char **argv) { if(argc != 4) { fprintf(stderr, "Usage: %s ip port filename ", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); const char *file_name = argv[3]; //将目标文件作为程序的第三个參数传入 struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; address.sin_port = htons(port); inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock >= 0); printf("create socket success "); int reuse = 1; setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)); int ret = bind(sock, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); fprintf(stderr, "bind address success "); ret = listen(sock, 5); assert(ret != -1); fprintf(stderr, "listen success "); struct sockaddr_in client; socklen_t client_addrlength = sizeof(client); fprintf(stderr, "start accept... "); int connfd = accept(sock, (struct sockaddr*)&client, &client_addrlength); if(connfd < 0) { printf("error: %s ", strerror(errno)); } else { char header_buf[BUFFER_SIZE]; //用于保存HTTP应答的状态行、头部字段和一个空的缓冲区 memset(header_buf, ' ', BUFFER_SIZE); char *file_buf = NULL; //用于存放目标文件内容的缓存 struct stat file_stat; //用于获取目标文件的属性 bool valid = true; //目标文件是否有效 int len = 0; //记录header_buf当前已使用的字节空间 if(stat(file_name, &file_stat) < 0) { //目标文件不存在 valid = false; } else { if(S_ISDIR(file_stat.st_mode)) { //目标文件是文件夹 valid = false; } else if (file_stat.st_mode & S_IROTH) { //当前用户是否有读权限。相对于目标文件 int fd = open(file_name, O_RDONLY); file_buf = new char[file_stat.st_size + 1]; memset(file_buf, ' ', file_stat.st_size + 1); fprintf(stderr, "reading %s file...", file_name); if (read(fd, file_buf, file_stat.st_size) < 0) { valid = false; } } else { valid = false; } } if (valid) { //目标文件有效 ret = snprintf(header_buf, BUFFER_SIZE-1, "%s %s ", "HTTP/1.1", status_line[0]); len += ret; ret = snprintf(header_buf+len, BUFFER_SIZE-1-len, "content-Length: %ld ", file_stat.st_size); len += ret; ret = snprintf(header_buf+len, BUFFER_SIZE-1-len, "%s", " "); //将header_buf和file_buf的内容一并写出 struct iovec iv[2]; iv[0].iov_base = header_buf; iv[0].iov_len = strlen(header_buf); iv[1].iov_base = file_buf; iv[1].iov_len = file_stat.st_size; fprintf(stderr, "read %s success sending %s file to client... ", file_name, file_name); ret = writev(connfd, iv, 2); //集中写 } else { //目标文件无效 ret = snprintf(header_buf, BUFFER_SIZE-1, "%s %s ", "HTTP/1.1", status_line[1]); len += ret; ret = snprintf(header_buf+len, BUFFER_SIZE-1-len, "%s", " "); fprintf(stderr, "read %s failed sending error message to client... ", file_name); send(connfd, header_buf, strlen(header_buf), 0); } close(connfd); if (file_buf != NULL) { delete[] file_buf; file_buf = NULL; } } close(sock); return 0; }
#include <sys/sendfile.h> ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);
out_fd參数是待写入内容的文件描写叙述符。
in_fd參数是待读出内容的文件描写叙述符。
offset參数指定从读入文件流的哪个位置開始读,假设为空。则从文件流的默认起始位置读入。
count參数指定传输的字节数。
调用成功时返回传输的字节数。失败则为-1,并设置errno
注: man手冊指出,in_fd必须是一个支持相似mmap函数的文件描写叙述符。即它必须指向真实的文件,不能是socket和管道;而out_fd必须是一个socket。可见,sendfile专为网络传输文件而生。//用sendfile函数传输文件 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <assert.h> #include <errno.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/sendfile.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char **argv) { if (argc <= 3) { fprintf(stderr, "Usage: %s ip port filename ", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); const char *file_name = argv[3]; int filefd = open(file_name, O_RDONLY); assert(filefd > 0); struct stat stat_buf; fstat(filefd, &stat_buf); struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; address.sin_port = htons(port); inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock >= 0); int ret = bind(sock, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(sock, 5); assert(ret != -1); struct sockaddr_in client; socklen_t client_addrlength = sizeof(client); int connfd = accept(sock, (struct sockaddr*)&client, &client_addrlength); if (connfd < 0) { fprintf(stderr, "errno is: %s ", strerror(errno)); } else { sendfile(connfd, filefd, NULL, stat_buf.st_size); close(connfd); } close(sock); return 0; }
#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參数是待输入描写叙述符。假设它是一个管道文件描写叙述符,则off_in必须设置为NULL;否则off_in表示从输入数据流的何处開始读取。此时若为NULL。则从输入数据流的当前偏移位置读入。
fd_out/off_out与上述同样。只是是用于输出。
len參数指定移动数据的长度。
flags參数则控制数据怎样移动:
- SPLICE_F_NONBLOCK:非堵塞的splice 操作,但实际效果还会受文件描写叙述符本身的堵塞状态的影响。
- SPLICE_F_MORE:给内核一个提示:兴许的 splice 系统调用将会有很多其它的数据传。
- SPLICE_F_MOVE:假设合适的话,按整页内存移动数据。这仅仅是给内核的一个提示。只是,由于它的实现存在BUG。所以自内核2.6.21后,它实际上没有不论什么效果。
注意:使用splice时, fd_in和fd_out中必须至少有一个是管道文件描写叙述符。
调用成功时返回移动的字节数量;它可能返回0,表示没有数据须要移动,这通常发生在从管道中读数据时而该管道没有被写入的时候。
失败时返回-1。并设置errno。
splice函数可能产生的errno及其含义
错误 | 含义 |
EBADF | 參数所指文件描写叙述符有错 |
EINVAL | 目标文件系统不支持splice,或者目标文件以追加方式打开,或者两个文件描写叙述符都不是管道文件描写叙述符,或者某个offset參数被用于不支持随机訪问的设备(比方字符设备) |
ENOMEM | 内存不够 |
ESPIPE | 參数fd_in(或fd_out)是管道文件描写叙述符,而off_in(或off_out)不为NULL |
以下代码:通过splice将客户端的内容读入到管道中, 再从管道中读出到客户端,从而实现高效简单的回显服务。整个过程未运行recv/send。因此也未涉及用户空间到内核空间的数据拷贝。
//使用splice实现的回显server #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <assert.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char **argv) { if (argc <= 2) { printf("usage: %s ip port ", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; address.sin_port = htons(port); inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock >= 0); int reuse = 1; setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)); int ret = bind(sock, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(sock, 5); assert(ret != -1); struct sockaddr_in client; socklen_t client_addrlength = sizeof(client); int connfd = accept(sock, (struct sockaddr*)&client, &client_addrlength); if (connfd < 0) { printf("errno is: %s ", strerror(errno)); } else { int pipefd[2]; ret = pipe(pipefd); //创建管道 assert(ret != -1); //将connfd上的客户端数据定向到管道中 ret = splice(connfd, NULL, pipefd[1], NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE); assert(ret != -1); //将管道的输出定向到connfd上 ret = splice(pipefd[0], NULL, connfd, NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE); assert(ret != -1); close(connfd); } close(sock); return 0; }
#include <fcntl.h> ssize_t tee(int fd_in, int fd_out, size_t len, unsigned int flags);它的參数与splice同样,但fd_in和fd_out都必须是管道文件描写叙述符,调用成功时返回复制的字节数。返回0表示没有复制任务数据。失败时返回-1,并设置errno。
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <fcntl.h> #include <assert.h> int main(int argc, char **argv) { if (argc != 2) { fprintf(stderr, "Usage: %s <file> ", argv[0]); return 1; } uid_t uid = getuid(); uid_t euid = geteuid(); printf("userid: %d, effective userid: %d ", uid, euid); int filefd = open(argv[1], O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666); assert(filefd > 0); int pipefd_stdout[2]; int ret = pipe(pipefd_stdout); assert(ret != -1); int pipefd_file[2]; ret = pipe(pipefd_file); assert(ret != -1); //将标准输入的内容输出到管道 ret = splice(STDOUT_FILENO, NULL, pipefd_stdout[1], NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE); assert(ret != -1); //将管道pipefd_stdout的输出拷贝到管理pipefd_file的输入端 ret = tee(pipefd_stdout[0], pipefd_file[1], 32768, SPLICE_F_NONBLOCK); assert(ret != -1); //将管道pipefd_file的输出定向到文件描写叙述符filefd上。写入文件 ret = splice(pipefd_file[0], NULL, filefd, NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE); assert(ret != -1); //将管道pipefd_stdout的输出定向到标准出, 其内容和写入文件的内容一致 ret = splice(pipefd_stdout[0], NULL, STDOUT_FILENO, NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE); assert(ret != -1); close(filefd); close(pipefd_file[0]); close(pipefd_file[1]); close(pipefd_stdout[0]); close(pipefd_stdout[1]); return 0; }