TCP/IP 网络编程（四）

套接字和标准 I/O

标准 I/O 函数的优点

• 具有良好的可移植性
• 可以利用缓冲提高性能

创建套接字时，操作系统将生成用于 I/O 的缓冲。此缓冲在执行 TCP 协议时发挥重要作用。若使用标准函数，将会获得额外的另一缓冲的支持。

函数缓冲是为了提高传输性能，套接字缓冲是为了实现协议，如窗口控制、重传等。

通过以下两个角度考虑性能的提高：

• 传输的数据量
• 数据向输出缓冲移动的次数

标准函数的缺点：

• 不容易进行双向通信
• 有时可能频繁使用fflush函数
• 需要以FILE结构体指针的形式返回文件描述符

使用标准 I/O 函数

指针转换

#include <stdio.h>

FILE * fdopen(int fildes, const char * mode); // 将文件描述符转换为 FILE 结构体指针

~ fildes:  文件描述符
~ mode: 打开模式，读模式(r)和写模式(w)

FILE * fp;
int fd = open("data.dat", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC);
fp = fdopen(fd, "w");
...
fclose(fp);

转换为文件描述符

#include <stdio.h>

int fileno(FILE * stream); // 失败返回 -1

基于套接字的标准 I/O 函数使用

echo_stdserv.c

echo_client.c

I/O 分离的好处

1. 前面讨论过通过调用fork函数复制出一个文件描述符，以区分输入和输出中使用的文件描述符。

   • 通过分开输入过程和输出过程降低编码实现的难度
   • 与输入无关的输出操作可以提高速度

2. 创建读模式FILE和写模式FILE指针分离输入工具和输出工具。

   • 为了将FILE指针按照读模式和写模式加以区分
   • 降低实现难度
   • 通过区分I/O缓存提高性能

文件描述符的复制和半关闭

对同一个文件描述符执行转换FILE指针之后的模型如下：

两个指针指向同一个文件描述符，因此，针对任意一个FILE指针调用fclose函数都会关闭文件描述符，也就是终止套接字。

上述情况是我们应该避免的，那么该如何实现半关闭呢？

只要构造出下面的模型即可：

利用各自的文件描述符创建指针，因为只有在销毁所有文件描述符后才销毁套接字，这由操作系统保证。

针对写模式指针关闭时，只能销毁对应的文件描述符，而不能销毁套接字。

这还是不完整的，因为可以通过原件文件描述符进行I/O。稍后给出具体实现。

复制文件描述符

此处讨论的复制和fork函数复制整个进程不同，我们要做的是在同一进程中存在同一套接字的不同文件描述符。

#include <unistd.h>

int dup(int fildes);
int dup2(int fildes, int fildes2);

~ fildes: 需要复制的文件描述符
~ fildes2: 明确指定的文件描述符整数值

复制文件描述符后流的分离

FILE * readfp;
FILE * writefp;
...
readfp = fdopen(clnt_sock, "r");
writefp = fdopen(dup(clnt_sock), "w");
...
fflush(writefp);
shutdown(fileno(writefp), SHUT_ER); // 服务器进入半关闭状态，并向客户端发送EOF。调用该函数时，无论复制出多少文件描述符都将进入半关闭状态，同时传递EOF。