套接字和标准I/O

我们经常使用也称为UNIXI/O——包括read、write这两个函数及它们的变体（recv、send等等）——的函数执行I/O。这些函数围绕描述符工作、通常作为UNIX内核中的系统调用实现。

执行I/O的另一个方法是使用标准I/O函数库。

标准I/O函数库可用于套接字，不过需要考虑以下几点。

• 通过调用fdopen，可以从任何一个描述符创建出一个标准I/O流。类似地，通过调用fileno，可以获取一个给定标准I/O流对应的描述符。譬如select只能用于描述符，所以我们可以用fileno获得流对应的描述符。
• TCP和UDP套接字是全双工的。标准I/O流也可以是全双工的：只要以r+类型打开流即可，r+意味着读写。然而在这样的流上，我们必须在调用一个输出函数后插入一个fflush、fseek、fsetpos或rewind调用才能接着调用一个输入函数。类似地，调用一个输入函数后也必须插入一个fseek、fsetpos和rewind调用才能调用一个输出函数，除非输入函数遇到一个EOF。fseek、fsetpos、rewind这三个函数的问题是它们都调用lseek，而lseek用在套接字上只会失败。
• 解决上述读写问题的最简单方法是为一个给定套接字打开两个标准I/O流：一个用于读，一个用于写。

以下是一个例子程序：

服务端程序：

#include "unp.h"

FILE*

Fdopen(int fd, const char *type)

{

    FILE *fp;

 

    if ( (fp = fdopen(fd, type)) == NULL)

        err_sys("fdopen error");

 

    return(fp);

}

 

char *

Fgets(char *ptr, int n, FILE *stream)

{

    char *rptr;

 

    if ( (rptr = fgets(ptr, n, stream)) == NULL && ferror(stream))

        err_sys("fgets error");

 

    return (rptr);

}

 

 

 

 

void

str_echo(int sockfd)

{

    char line[MAXLINE];

    FILE *fpin, *fpout;

 

    fpin = Fdopen(sockfd, "r");

    fpout = Fdopen(sockfd, "w");

 

    while (Fgets(line, MAXLINE, fpin) != NULL)

        Fputs(line, fpout);

}

 

 

 

int

main(int argc, char **argv)

{

    int listenfd, connfd;

    pid_t childpid;

    socklen_t clilen;

    struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;

 

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

 

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

    servaddr.sin_family      =     AF_INET;

    servaddr.sin_addr.s_addr =     htonl(INADDR_ANY);

    servaddr.sin_port        =     htons(SERV_PORT);

 

    Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));

 

    Listen(listenfd, LISTENQ);

 

    for ( ; ; ) {

        clilen = sizeof(cliaddr);

        connfd = Accept(listenfd, (SA *) &cliaddr, &clilen);

 

        if ( (childpid = Fork()) == 0) { 

            Close(listenfd);                 

            str_echo(connfd);             

            exit(0);

        }

    Close(connfd);                         

    }

}

调用fdopen创建两个标准I/O流，一个用于输入，一个用于输出。上面注释的str_echo函数是原来的版本，之所以给出，只是为了进行比较。

 

客户端程序：

#include "unp.h"

void

str_cli(FILE *fp, int sockfd)

{

    char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

 

    while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {

 

        Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));

 

        if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)

            err_quit("str_cli: server terminated prematurely");

 

        Fputs(recvline, stdout);

    }

}

 

 

int

main(int argc, char **argv)

{

    int sockfd;

    struct sockaddr_in servaddr;

 

    if (argc != 2)

        err_quit("usage: tcpcli ");

 

        sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

 

        bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

        servaddr.sin_family = AF_INET;

        servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

        Inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);

 

        Connect(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));

 

        str_cli(stdin, sockfd); 

 

        exit(0);

}

 

运行该程序，结果如下：

客户端：

 

服务端：

由图可见，客户端依次输入1,2,3,4，服务器端并未立即回射，而是当服务端程序终止时，客户端才依次接收到之前发送的数据。

其原因在于一个缓冲问题。

• 我们键入一行文本，它被发送到服务器。
• 服务器用fgets读入本行，再用fputs回射本行。
• 服务器的标准I/O流被标准I/O函数库完全缓冲。这意味着该函数库把回射行复制到输出流的标准I/O缓冲区，但是不把该缓冲区中的内容写到描述符，因为该缓冲区未满。
• 同样的事情发生在我们键入的其它行文本上。
• 而当我们在服务器端键入Ctrl+D时，服务器端进程终止。
• C库函数调用标准的I/O清理函数。之前由我们的fputs调用填入输出缓冲区中的未满内容现被输出。
• 服务器子进程终止，致使它的已连接套接字被关闭，从而发送一个FIN到客户，完成TCP的四分组终止序列。
• 我们的str_cli函数收取并输出由服务器回射的三行文本。
• str_cli接着在其套接字上收到一个EOF，客户于是终止。

标准I/O函数库执行以下三类缓冲。

1. 完全缓冲  意味着只在出现下列情况时才发生I/O：缓冲区满，进程显式调用fflush，或者进程调用exit终止自身。标准I/O缓冲区的通常大小为8192字节。
2. 行缓冲  意味着只在出现下列情况中才发生I/O：碰到一个换行符，进程调用fflush，或进程调用exit终止自身。
3. 不缓冲  意味着每次调用标准I/O输出函数都发生I/O。

以上程序有两个解决方法：

1. 通过调用setvbuf迫使这个输出流变为行缓冲。
2. 每次调用fputs之后通过调用fflush强制输出每个回射行。