APUE阅读笔记--第十四章（第二部分）
高级IO
- 1. 多路复用
Poll函数
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#include <poll.h>
int poll(struct pollfd fdarray[], nfds_t nfds, int timeout); |
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Returns: count of ready descriptors, 0 on timeout, 1 on error |
返回：准备就绪的描述符数，若超时则为0，若出错则为- 1
与s e l e c t不同，p o l l不是为每个条件构造一个描述符集，而是构造一个p o l l f d结构数组，每
个数组元素指定一个描述符编号以及对其所关心的条件。
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor to check, or <0 to ignore */
short events; /* events of interest on fd */
short revents; /* events that occurred on fd */
};
- 2. 异步IO
在4 . 3 + B S D中，异步I / O是两个信号S I G I O和S I G U R G的组合。前者是通用异步I / O信号，后者则只被用来通知进程在网络连接上到达了非规定波特率的数据。
为了接收S I G I O信号，需执行下列三步：
(1) 调用s i g n a l或s i g a c t i o n为该信号建立一个信号处理程序。
(2) 以命令F _ S E TO W N（见3 . 1 3节）调用f c n t l来设置进程I D和进程组I D，它们将接收对于该描述符的信号。
(3) 以命令F _ S E T F L调用f c n t l设置O _ A S Y N C状态标志，使在该描述符上可以进行异步I / O（见表3 - 2）。
第( 3 )步仅用于指向终端或网络的描述符，这是4 . 3 + B S D异步传输设施的一个基本的限制。
对于S I G U R G信号，只需执行第( 1 )步和第( 2 )步。该信号仅对于指向支持带外数据的网络连接的描述符而产生。
r e a d v和w r i t e v函数用于在一个函数调用中读、写多个非连续缓存。有时也将这两个函数称为散布读（scatter re a d）和聚集写（gather write）
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#include <sys/uio.h>
ssize_t readv(int filedes, const struct iovec *iov , int iovcnt);
ssize_t writev(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt); |
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Both return: number of bytes read or written, 1 on error |
这两个函数的第二个参数是指向i o v e c结构数组的一个指针：
struct iovec {
void *iov_base; /* starting address of buffer */
size_t iov_len; /* size of buffer */
} ;
i o v数组中的元素数由i o v c n t说明。
- 3. 存储映射IO
存储映射I / O使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓存相映射。于是当从缓存中取数据，就相当于读文件中的相应字节。与其类似，将数据存入缓存，则相应字节就自动地写入文件。
这样，就可以在不使用r e a d和w r i t e的情况下执行I / O。
为了使用这种功能，应首先告诉内核将一个给定的文件映射到一个存储区域中。这是由m m a p函数实现的。
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#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int filedes,off_t off ); |
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Returns: starting address of mapped region if OK, MAP_FAILED on error |
数据类型c a d d r _ t通常定义为char *。a d d r参数用于指定映射存储区的起始地址。通常将其设置为0，这表示由系统选择该映射区的起始地址。此函数的返回地址是：该映射区的起始地址。
f i l e d e s指定要被映射文件的描述符。在映射该文件到一个地址空间之前，先要打开该文件。l e n是映射的字节数。o f f是要映射字节在文件中的起始位移量（下面将说明对o f f值有某些限制）。
在说明其余参数之前，先看一下存储映射文件的基本情况。图1 2 - 1 2显示了一个存储映射文件。（见图7 - 3中进程存储空间的典型安排情况。）
在此图中，“起始地址”是m m a p的返回值。在图中，映射存储区位于堆和栈之间：这属于实现细节，各种实现之间可能不同。
p ro c参数说明映射存储区的保护要求。见表1 2 - 8。
对于映射存储区所指定的保护要求与文件的o p e n方法匹配。例如，若该文件是只读打开的，那么对映射存储区就不能指定P R O T _ W R I T E。
f l a g参数影响映射存储区的多种属性：
• MAP_FIXED 返回值必须等于a d d r。因为这不利于可移植性，所以不鼓励使用此标志。
如果未指定此标志，而且a d d r非0，则内核只把a d d r视为何处设置映射区的一种建议。
通过将a d d r指定为0可获得最大可移植性。
• MAP_SHARED 这一标志说明了本进程对映射区所进行的存储操作的配置。此标志指定存储操作修改映射文件—也就是，存储操作相当于对该文件w r i t e。必须指定本标志或下一个标志（M A P _ P R I VAT E）。
• MAP_PRIVATE 本标志说明，对映射区的存储操作导致创建该映射文件的一个副本。所有后来对该映射区的存访都是存访该副本，而不是原始文件。
4 . 3 + B S D还有另外一些M A P _ x x x标志值，它们是这种现实所特有的。详细情况请参见4.3+BSD mmap（2）手册页。
o f f和a d d r的值（如果指定了M A P _ F I X E D）通常应当是系统虚存页长度的倍数。在S V R中，虚存页长度可用带参数S C _ PA G E S I Z E的s y s c o n f函数（见2 . 5 . 4节）得到。在4 . 3 + B S D之下，页长度由头文件< s y s / p a r a m . h >中的常数N B P G定义。因为o f f和a d d r常常指定为0，所以这种要求一般并不是问题。
因为映射文件的起动位移量受系统虚存页长度的限制，那么如果映射区的长度不是页长度的整数倍时，将如何呢？假定文件长1 2字节，系统页长为5 1 2字节，则系统通常提供5 1 2字节的映射区，其中后5 0 0字节被设为0。可以修改这5 0 0字节，但任何变动都不会在文件中反映出来。
与映射存储区相关有两个信号： S I G S E G V和S I G B U S。信号S I G S E G V通常用于指示进程试图存取它不能存取的存储区。如果进程企图存数据到用m m a p指定为只读的映射存储区，那么也产生此信号。如果存取映射区的某个部分，而在存取时这一部分已不存在，则产生S I G B U S信号。例如，用文件长度映射一个文件，但在存访该映射区之前，另一个进程已将该文件截短。
此时，如果进程企图存取对应于该文件尾端部分的映射区，则接收到S I G B U S信号。
在f o r k之后，子进程继承存储映射区（因为子进程复制父进程地址空间，而存储映射区是该地址空间中的一部分），但是由于同样的理由，e x e c后的新程序则不继承此存储映射区。进程终止时，或调用了m u n m a p之后，存储映射区就被自动去除。关闭文件描述符f i l e d e s并不解除映射区。
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
int munmap(caddr_at d d r,size_tl e n) ;
返回：若成功则为0，若出错则为- 1
munmap 并不影响被映射的对象—也就是说，调用m u n m a p并不使映射区的内容写到磁盘文件
上。对于M A P _ S H A R E D区磁盘文件的更新，在写到存储映射区时按内核虚存算法自动进行。
某些系统提供了一个m s y n c函数，它类似于f s y n c函数（见4 . 2 4节），但对存储映射区起作用。
实例
程序1 2 - 1 4用存储映射I / O复制一个文件（类似于c p ( 1 )命令）。首先打开两个文件，然后调用f s t a t得到输入文件的长度。在调用m m a p和设置输出文件长度时都需使用输入文件长度。调用l s e e k，然后写一个字节以设置输出文件的长度。如果不设置输出文件的长度，则对输出文件
调用m m a p也可以，但是对相关存储区的第一次存访会产生S I G B U S。也可使用f t r u n c a t e函数来设置输出文件的长度，但是并非所有系统都支持该函数扩充文件长度（见4 . 1 3节）。
然后对每个文件调用m m a p，将文件映射到存储区，最后调用m e m c p y将输入缓存的内容复制到输出缓存。在从输入缓存（ s r c）取数据字节时，内核自动读输入文件；在将数据存入输出缓存（d s t）时，内核自动将数据写到输出文件中。
#include "apue.h"
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
int
main(int argc, char *argv[])
{
int fdin, fdout;
void *src, *dst;
struct stat statbuf;
if (argc != 3)
err_quit("usage: %s <fromfile> <tofile>", argv[0]);
if ((fdin = open(argv[1], O_RDONLY)) < 0)
err_sys("can't open %s for reading", argv[1]);
if ((fdout = open(argv[2], O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,
FILE_MODE)) < 0)
err_sys("can't creat %s for writing", argv[2]);
if (fstat(fdin, &statbuf) < 0) /* need size of input file */
err_sys("fstat error");
/* set size of output file */
if (lseek(fdout, statbuf.st_size - 1, SEEK_SET) == -1)
err_sys("lseek error");
if (write(fdout, "", 1) != 1)
err_sys("write error");
if ((src = mmap(0, statbuf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED,
fdin, 0)) == MAP_FAILED)
err_sys("mmap error for input");
if ((dst = mmap(0, statbuf.st_size, PROT_READ | PROT_WRITE,
MAP_SHARED, fdout, 0)) == MAP_FAILED)
err_sys("mmap error for output");
memcpy(dst, src, statbuf.st_size); /* does the file copy */
exit(0);
}
