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readv/writev
readv函数将数据从文件描述符读到分散的内存块中，即分散读；
wirtev函数则将将多块分散的内存数据一并写入文件描述符，即集中写。
定义如下：
#include
ssize_t readv(int fd, const struct iovec* vector, int count);
ssize_t writev(int fd, const struct iovec* vector, int count);
fd参数是被操作的目标文件描述符。vector参数的类型是iovec结构数组linux feof函数，该结构描述一块内存区。count参数是vector数组的长度，即有多少块内存数据需要从fd读出或写到fd。readv和writev在成功时返回读出/写入fd的字节数，失败则返回-1并设置errno。相当于简化版的recvmsg和sendmsh函数。
这里假设一个web服务器。当web服务器解析完一个HTTP请求之后，如果目标文档存在且客户具有读取该文档的权限，那么它就需要发送一个HTTP应答来传输该文档。这个HTTP应答包含一个1个状态行、多个头部字段、1个空行和文档的内容。其中，前三个部分的内容可能被Web服务器放置在一块内存中，而文档的内容则通常被读入到另外一块单独的内存中（通过read函数或mmap函数）。我们并不需要把这两部分内容并接到一起再放送，而是可以使用writev函数将它们同时发出。
代码如下（web服务集中写）：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#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 <= 3){
printf("usage: %s ip_address port_number filename\n", basename(argv[0]));
return 1;
}
const char* ip = argv[1];
int port = atoi(argv[2]);
const char* fileName = argv[3];
struct sockaddr_in address;
bzero(&address, sizeof(address));
address.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
address.sin_port = htons(port);
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("errno is: %d\n", errno);
}
else{
/*用于保存HTTP应答的状态行、头部字段和一个空行的缓存区*/
char headerBuf[BUFFER_SIZE];
memset(headerBuf, '\0', BUFFER_SIZE);
char *fileBuf;
struct stat fileStat;
bool valid = true;
int len = 0;
if(stat(fileName, &fileStat) < 0){
//目标文件不存在
valid = false;
}
else{
if(S_ISDIR(fileStat.st_mode)){
//目标是一个目录
valid = false;
}
else if(fileStat.st_mode & S_IROTH){
//有读得权限
int fd = open(fileName, O_RDONLY);
fileBuf = new char[fileStat.st_size + 1];
memset(fileBuf, '\0', fileStat.st_size +1);
if(read(fd, fileBuf, fileStat.st_size) < 0){
valid < false;
}
}
else{
valid = false;
}
}
if(valid){
ret = snprintf(headerBuf, BUFFER_SIZE-1, "%s %s\r\n",
"HTTP/1.1", status_line[0]);
len += ret;
ret += snprintf(headerBuf + len, BUFFER_SIZE-1-len, "Content-Length: %d\r\n", fileStat.st_size);
len += ret;
ret = snprintf(headerBuf + len, BUFFER_SIZE-1-len, "%s", "\r\n");
/*利用writev将header_buf和file_buf的函数的内容一并写出*/
struct iovec iv[2];
iv[0].iov_base = headerBuf;
iv[0].iov_len = strlen(headerBuf);
iv[1].iov_base = fileBuf;
iv[1].iov_len = fileStat.st_size;
ret = writev(connfd, iv, 2);
}
else{
ret = snprintf(headerBuf, BUFFER_SIZE-1, "%s %s\r\n", "HTTP/1.1", status_line[1]);
len += ret;
ret = snprintf(headerBuf,BUFFER_SIZE-1-len, "%s", "\r\n");
send(connfd, headerBuf, strlen(headerBuf), 0);
}
close(connfd);
delete[] fileBuf;
}
close(sock);
return 0;
}
这里需要注意的是，上述代码中我们省略了HTTP请求的接收及解析。
sendfile
sendfile函数在两个文件描述符之间直接传递数据（完全在内核和中操作），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，这被称为零拷贝。定义如下：
#include
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t* offset, size_t count);
sendfile成功时返回传输的字节数，失败则返回-1并设置errno。
该函数的man手册明确指出:
in_fd必须是一个支持类似mmap函数的文件描述符，即必须指向真实的文件，不能是socket和管道；而out_fd则必须是一个socket。
由此可见，sendfile几乎是专门为在网络上传输文件而设计的。
下面是利用sendfile函数将服务器上的一个文件传送给客户端的示例代码：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
if(argc <= 3){
printf("usage: %s ip_addres port_number filename\n", basename(argv[0]));
return 1;
}
const char* ip = argv[1];
int port = atoi(argv[2]);
const char* file_name = argv[3];
int filed = open(file_name, O_RDONLY);
assert(filed > 0);
struct stat statBuf;
fstat(filed, &statBuf);
struct sockaddr_in address;
bzero(&address, sizeof(address));
address.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
address.sin_port = htons(port);
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("errno is %d\n", errno);
}
else{
sendfile(connfd, filed, NULL, statBuf.st_size);
close(connfd);
}
close(sock);
return 0;
}
相比之前的代码，我们没有为目标文件分配任何用户空间的缓存，也没有执行读取文件的操作，但同样实现了文件的发送，其效率显然要高的多。
mmap函数金额munmap函数
mmap函数用于申请一段内存空间。我们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。munmap函数则释放在mmap创建的这段内存空间。它们的定义如下：
#include
void* mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int nunmap(void *start, size_t length);
flags参数控制内存段内容被修改后程序的行为。它可以被设置为下表中的某些值（这里仅列出常用值）的按位或（其中MAP_SHARED和MAP_PRIVATE是互斥的，不能同时指定）
mmap函数成功时返回只想目标内存区域的指针，失败则返回MAP_FAILED((void*)-1)并设置errno。munmap函数成功是返回0，失败则返回-1并设置errno。
splice函数
splice函数用于在两个文件描述符之间移动数据，也是零拷贝操作。定义如下：
#include
ssize_t splice(int fd_in, loff_t* off_in, int fd_out, loff_t* off_out, size_t len, unsigned int flags);
fd_out/off_flags参数的含义与fd_in/off_in相同，不过用于输出数据流。len参数指定移动数据的长度flags参数则控制数据如何移动，按下表按位或：
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。
splice函数调用成功返回，移动字节的数量。它可能返回0，表示没有数据要移动，这发生在从管道中读取数据（fd_in是管道文件描述符）而该管道没有被写入任何数据时。
splice函数失败时返回-1并设置errno。常见如下：
下面是使用splice函数实现一个零拷贝的回射服务器，它将客户端发送的数据原样返回给客户端：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
if(argc <= 2){
printf("usage: %s ip_address port_number\n", 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;
inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
address.sin_port = htons(port);
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_socklength = sizeof(client);
int connfd = accept(sock, (struct sockaddr*)&client, &client_socklength);
if(connfd < 0){
printf("errno is: %d - %s\n", errno, strerror(errno));
}
else{
int pipefd[2];
assert(ret != -1);
ret = pipe(pipefd); /*创建管道*/
ret = splice(connfd, NULL, pipefd[1], NULL, 32768, SPLICE_F_MORE|SPLICE_F_MOVE);
assert(ret != -1);
ret = splice(pipefd[0], NULL, connfd, NULL, 32768, SPLICE_F_MORE|SPLICE_F_MOVE);
assert(ret!=-1);
close(connfd);
}
close(sock);
return 0;
}
我们通过将splice函数将客户端的内容读入到pipefd[1]中，然后再使用splice函数从pipefd[0]中读出该内容到客户端，从而实现了简单高效的回射服务。整个过程未执行recv/send操作，因此也未涉及用户空间和内核空间之间的数据拷贝。
tee函数
tee函数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。tee函数的原型如下：
#include
ssize_t tee(int fd_in, int fd_out, size_t len, unsigned int flags);
fd_in和fd_out必须都是管道文件描述符。tee函数成功时返回在两个文件描述符之间复制的字节数。返回0表示没有复制任何数据。tee失败则返回-1并设置errno。
下面是同时输出数据到终端和文件的程序示例代码：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
if(argc != 2){
printf("usage: %s \n", basename(argv[0]));
return 1;
}
int filefd = open(argv[1], O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC, 0777);
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);
/*将标准输入内容输入管道*/
ret = splice(STDIN_FILENO, NULL,
pipefd_stdout[1], NULL, 32768, SPLICE_F_MORE|SPLICE_F_MOVE);
assert(ret != -1);
/*将管道pipefd_stdout[0]的输出复制到管道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述符fiefd上，从而将标准输入的内容写写入文件*/
ret = splice(pipefd_file[0], NULL, filefd, NULL, 32768, SPLICE_F_MORE|SPLICE_F_MOVE);
assert(ret != -1);
/*将管道pipefd_stdout的输出定向到标准输出，其内容和写入文件的内容完全一致*/
ret = splice(pipefd_stdout[0], NULL,
STDOUT_FILENO, NULL, 32768, SPLICE_F_MORE|SPLICE_F_MOVE);
assert(ret != -1);
close(filefd);
close(pipefd_stdout[0]);
close(pipefd_stdout[1]);
close(pipefd_file[0]);
close(pipefd_file[1]);
return 0;
}
（编辑：广州站长网）
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