Linux IO函数

Linux网络编程中，针对套接字读写的函数有很多，下面介绍一些函数的常见用法；这里介绍的函数都是linux系统中的特有函数，与C标准库中的IO函数存在一定的区别。

1、read() 和 write()函数
　　
read() 和 write() 函数是Linux中最基本的读写函数，可以用于各种数据的读写。

/* 返回值：成功则为读取或写入的字节个数，失败为-1； 
 * 定义：
 */
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbyte); 
ssize_t write(int fd, const void* buf, size_t nbytes);
/* 说明
 * fd 为描述符，可以是文件描述符，也可以是套接字描述符；
 * buf 用于存储读取或写入的数据；
 * nbyte 记录字节数；
 * 根据不同的应用情况，返回值可能小于请求的字节数
 */

一般来说，对于常规文件的读写不会阻塞，函数一定会在有限的时间内返回，但是从终端设备或网络读取时就不一定了，如果网络通信消息一直没有到达，那么读取函数就一直阻塞等待，终端还没有进行输入时，也是处于阻塞状态。返回的字节数包含换行符。
阻塞和非阻塞read/write ；

2、recv() 和 send() 函数

这两个函数类似于read() 和 write() 函数，但是这两个函数只用于套接字相关的数据处理。

/* 返回值：成功则为读取或写入的字节个数，失败为-1；
 * 定义：
 */ 
#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int fd, void *buf, size_t n, int flags);
ssize_t send(int fd, const void *buf, size_t n, int flags);
/* 前面3个参数与read/write中参数一样，flags的值可为0或下面的值：
 * 1、MSG_DONTROUTE：绕过路由表查找，从直接连接的本机网络上处理数据；
 * 2、MSG_DONTWAIT：仅对本操作执行非阻塞；
 * 3、MSG_OOB：即将发送或接受带外数据；
 * 4、MSG_PEEK：查看已可读取的数据，且系统在recv或recvfrom返回后不丢弃这些数据；
 * 5、MSG_WAITALL：尚未读取请求数目的字节之前读取操作不要返回；
 */

3、readv() 和 writev() 函数

read() 和 write() 函数在处理数据时数据是连块的，即处理的数据是保存在一个连续的地址空间中的，但是有时候需要一次处理多个在不同地址空间的数据，readv函数可以将数据的输入分散到多个缓冲区中，称为分散读；writev函数可以将多个缓冲区的输出数据写入一个连续的缓冲区内，称为集中写；

/* 返回值：成功则为读入或写出的字节数，出错则为-1；
 * 定义：
 */
#include <sys/uio.h>
ssize_t readv(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);
ssize_t writev(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);
struct iovec{
    void *iov_base;
    size_t iov_len;
}
/* 说明：
 * 参数fd为文件或套接字描述符，iovcnt为结构指针iov中元素个数，最大一般不超过1024；
 * 结构iovec表示一个数据元素，iov_base为数据起始地址，iov_len为数据区大小；
 * 数组指针iov中有几个元素就有几块分散的缓冲区地址块；
 * 两个函数可以用于任何描述符。不仅限于套接字；
 */

参考：readv()和writev()函数；

4、recvmsg() 和 sendmsg() 函数

这两个函数只用于套件字的数据处理，是最通用的两个函数，包含前面的几个函数具有的各项功能。

/* 返回值：成功则为读入或写出的字节数，出错则为-1；
 * 定义：
 */
#include <sys/socket.h>
ssize_t  recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t  sendmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

struct msghdr{
    void        *msg_name;        /*protocol address*/
    socklen_t   msg_namelen;      /*size of protocol address*/
    struct iovec  *msg_iov;       /*scatter/gather array*/
    int         msg_iovlen;       /*#elements in msg_iov*/
    void        *msg_control;     /*ancillary data (cmsghdr struct)*/
    socklen_t   msg_controllen;   /*length of ancillary data */
    int         msg_flags;        /*flags returned by recvmsg()*/
}
/* 说明：
 * sockfd为套接字描述符，msg为结构参数指针，flags为标志；
 * msghdr中msg_name,msg_namelen为未连接的套接字地址及其长度；
 * 对于已连接的套接字msg_name直接设为NULL；
 * msgiov,msg_iovlen与readv函数第2,3个参数类似；
 * msg_control,msg_controllen为辅助数据，与结构cmsghdr相关；
 * msg_flags为标志，只有函数recvmsg使用；
 * flags用于输入一定的控制信息，而msg_falgs一般用于返回标志信息；
 * 函数send,recv;sendto,recvfrom,sengmsg,recvmsg都存在flags标志，部分标志在
 * recv函数介绍时已列出，其它参考UNIX网络编程卷1；
 */

5组IO函数比较，yes表示符合说明，空格表示不符合。

函数	任何描述符	仅套接字描述符	单个读写缓冲区	分散/集中读写	可选标志	可选对端地址	可选控制信息
read,write	yes		yes
readv,writev	yes			yes
send,recv		yes	yes		yes
sendto,recvfrom		yes	yes		yes	yes
sendmsg,recvmsg		yes		yes	yes	yes	yes

上面介绍的几组IO函数都是围绕描述符工作的，通常是作为UNIX内核中的系统调用实现；执行IO的另一种方式是使用标准IO函数库，由ANSI C标准规范，便于移植到支持C的非Unix系统上。

　　标准IO函数也可以用于套接字上：通过调用fdopen从任何描述符创建一个标准IO流；相反可以通过fileno获取任何一个给定标准IO流的描述符。
　　标准IO函数执行以下3类缓冲：
　　1、完全缓冲，只在下列情况下才发生IO（数据输出）：缓冲区满，进程显式调用fflush，进程调用exit终止自身；标准缓冲区大小一般为8192字节。
　　2、行缓冲，只在下列情况下才发生IO：碰到一个换行符，进程调用fflush，进程调用exit终止自身。
　　3、不缓冲，每次调用标准IO输出函数都发生IO。
　　标准IO函数大多数Unix实现遵循以下规则：
　　- 标准错误输出总是不缓冲；
　　- 标准输入标准输出完全缓冲，除非他们指代终端设备（这种情况下行缓冲）；
　　- 所有其他IO流都是完全缓冲，除非他们指代终端设备（这种情况下行缓冲）；

因为套接字并不是终端设备，因此在用标准IO处理套接字数据IO时，需要考虑缓冲问题，然而这样可能会引起一些潜在问题，所以一般情况下尽量避免在套接字上使用标准IO函数库。