Linux 高性能服务器编程：高级I/O函数

pipe

1. pipe用于创建一个管道，以实现进程间通信。
2. pipe函数的参数是一个包含两个int的数组指针。
   该函数成功时返回0，并将一对打开的文件描述符值填入其参数指向的数组。
   如果失败，返回-1并设置errno。
3. 通过pipe创建的这两个文件描述符fd[0]和fd[1]分别构成管道的两端。
   fd[1]往写入的数据可以从fd[0]里读出。并且，fd[0]只能用于从关掉读出数据，fd[1]则只能用于往管道写入数据。不能反过来使用。
4. 如果要实现双向的数据传输，就应该使用两个管道。
5. 默认情况下，这一对文件描述符都是阻塞的。
   此时如果用read系统调用来读取一个空的管道，read将被阻塞，直到管道内有数据可读。
   如果用write系统调用往一个满的管道中写入数据，write将被阻塞，直到管道有足够多的空闲空间可用。
   但如果应用程序将fd[0]和fd[1]都设置为非阻塞的，则read和write会有不同的行为。
6. 另外，如果写端文件描述符fd[1]的引用计数减少至0，即没有任何进程需要往管道中写入数据，则针对该管道的读端文件描述符fd[0]的read操作将返回0，即读到了文件结束标记（EOF）。
   反之，如果管道的读端文件描述符fd[0]的引用计数减少至0，即没有任何进程需要从管道读取数据，则针对该管道的写端文件描述符fd[1]的write函数操作将会失败，并引发SIGPIPE信号。
7. 管道内部传输的数据是字节流，这和TCP字节流的概念相同。
   但二者又有细微的区别：应用程序能往一个TCP连接中写入多少个字节的数据，取决于对方的接收通告口的大小和本端的拥塞窗口的大小。而管道的话，它本身拥有一个容量限制，它规定如果应用程序不将数据从管道读走的话，该管道最多能被写入多少字节的数据。
   自Linux2.6.11内核起，管道容量的大小默认是65536个字节。但是可以使用fcntl函数修改管道的容量。

socketpair

1. 能够方便地创建双向管道。
2. 需要注意的是，domain只能使用UNIX本地域协议族AF_UNIX，因为我们仅能在本地使用这个双向管道。

dup和dup2

1. 用于复制文件描述符。
2. 可以用来把标准输入重定向到一个文件，或者把标准输出重定向到一个网络连接。
3. dup创建一个新的文件描述符，该文件描述符和原有文件描述符file_descriptor指向的相同的文件、管道或者网络连接。并且dup返回的文件描述符总是取系统当前可用的最小整数值。
4. dup2和dup类似，不过它将返回第一个不小于file_descriptor_two的整数值。
5. dup和dup2调用失败时返回-1并设置errno。

readv和writev

1. readv将数据从文件描述符读到分散的内存块中，即分散读。
   writev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。

sendfile

1. 可以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，这称为零拷贝。
2. in_fd是待读出内容的文件描述符，out_fd是待写入内容的文件描述符。
3. offset参数指定从读入文件流的哪个位置开始读，如果为空，则使用读入文件流默认的起始位置。count参数指定文件描述符in_fd和out_fd之间传输的字节数。
4. sendfile成功时返回传输的字节数，失败返回-1并设置errno。
5. in_fd必须是一个支持雷士mmap函数的文件描述符，也就是它必须指向真实的文件，而不是socket和管道。而out_fd必须是一个socket。
6. 综上，sendfile几乎是专门为网络上传输文件而设计的。

mmap和munmap

1. mmap函数用于申请一段内存空间。可以将这段内存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。
2. munmap则释放由mmap创建的这段内存空间。
3. start允许用户使用某个特定的地址作为这段内存的起始地址。如果它被设置成了NULL，系统就会自动分配一个地址。
4. length指定内存段的长度。prot参数用来设置内存段的访问权限，值可以是下面选项的按位或：
   1. PROT_READ：内存段可读
   2. PROT_WRITE：内存段可写
   3. PROT_EXEC：内存段可执行
   4. PROT_NONE：内存段不能被访问
5. flags参数控制了内存段内容被修改后程序的行为（下图）。
6. fd参数是被映射文件对应的文件描述符。一般通告open系统调用获得。offset设置从文件的何处开始映射（这种是对于不需要读入整个文件的情况）。
7. mmap成功时返回执向目标内存区域的指针，失败则返回MAP_FAILED((void*)-1)并设置errno。
   munmap成功时返回0，失败则返回-1并设置errno。

splice

1. splice用于在两个文件描述符之间移动数据，也是零拷贝操作。
2. fd_in是待输入数据的文件描述符。
   如果fd_in是一个管道文件描述符，那么off_in必须被设置为NULL。
   如果fd_in不是一个管道文件描述符（比如socket），那么off_in表示从输入数据流的何处开始读取数据。此时，如果off_in被设置为NULL，则表示从输入数据流的当前偏移位置读入。如果off_in不为NULL，则它将指出具体的偏移位置。
   fd_out和off_out参数含义与fd_in和off_in相同，不过它是用于输出数据流。
3. len指定了移动数据的长度，flags参数则控制数据如何移动。

4. 使用splice函数时，fd_in和fd_out必须至少有一个是管道文件描述符。

5. 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，这发生在从管道中读取数据而该管道没有被写入任何数据时），调用失败时返回-1并设置了errno。

tee

1. tee在两个管道文件描述符之间复制数据，也是零拷贝操作。它不消耗数据，因此源文件描述符上的数据仍然可以用于后续的读操作。
2. 这个函数的参数的含义和splice相同，但需要注意的是，fd_in和fd_out必须都是管道文件描述符。
3. tee成功时返回在两个文件描述符之间复制的数据数量（字节数）。返回0表示没有复制任何数据。
   tee失败时返回-1并设置errno。

fcntl

1. 提供了对文件描述符的各种控制操作。
   另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，对于控制文件描述符常用的属性和行为，fcntl是由POSIX规范指定的首选方法。
2. fd是被操作的文件描述符，cmd参数指定了执行何种类型的操作。
3. fcntl成功时返回值见下图，失败时返回-1并设置errno。
4. 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。

信号

1. SIGIO和SIGURG这两个信号与其他Linux信号不同，它们必须与某个文件描述符相关联方可使用。
   1. 当被关联的文件描述符可读或可写时，系统将触发SIGIO信号。
   2. 当被关联的文件描述符（而且必须是一个socket）上有带外数据可读时，系统将触发SIGURG信号。
2. 将信号和文件描述符关联的方法，就是使用fcntl函数为目标文件描述符指定宿主进程或进程组，那么被指定的宿主进程或进程组将捕获这两个信号。
3. 使用SIGIO时，还需要利用fcntl设置其O_ASYNC标志（也就是异步I/O标志），不过SIGIO信号模型并非真正意义上的异步I/O模型。