高级I/O之readv和writev函数

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为什么引出readv()和writev()

1. 因为使用read()将数据读到不连续的内存、使用write()将不连续的内存发送出去，要经过多次的调用read、write
   如果要从文件中读一片连续的数据至进程的不同区域，有两种方案：①使用read()一次将它们读至一个较大的缓冲区中，然后将它们分成若干部分复制到不同的区域； ②调用read()若干次分批将它们读至不同区域。
   同样，如果想将程序中不同区域的数据块连续地写至文件，也必须进行类似的处理。
2. 怎么解决多次系统调用+拷贝带来的开销呢？
   UNIX提供了另外两个函数—readv()和writev()，它们只需一次系统调用就可以实现在文件和进程的多个缓冲区之间传送数据，免除了多次系统调用或复制数据的开销。

readv/writev

在一次函数调用中：
① writev以顺序iov[0]、iov[1]至iov[iovcnt-1]从各缓冲区中聚集输出数据到fd
② readv则将从fd读入的数据按同样的顺序散布到各缓冲区中，readv总是先填满一个缓冲区，然后再填下一个

#include 
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;    /* Starting address */
    size_t iov_len;     /* Number of bytes to transfer */
};

(1) 参数：readv和writev的第一个参数fd是个文件描述符，第二个参数是指向iovec数据结构的一个指针，其中iov_base为缓冲区首地址，iov_len为缓冲区长度，参数iovcnt指定了iovec的个数。
(2) 返回值：函数调用成功时返回读、写的总字节数，失败时返回-1并设置相应的errno。

示例代码

1. writev：指定了两个缓冲区，str0和str1，内容输出到标准输出，并打印实际输出的字节数

// writevex.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    char *str0 = "hello ";
    char *str1 = "world\n";
    struct iovec iov[2];
    ssize_t nwritten;

    iov[0].iov_base = str0;
    iov[0].iov_len = strlen(str0) + 1;
    iov[1].iov_base = str1;
    iov[1].iov_len = strlen(str1) + 1;

    nwritten = writev(STDOUT_FILENO, iov, 2);
    printf("%ld bytes written.\n", nwritten);

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

2. readv：从标准输入读数据，存放在buf1和buf2

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    char buf1[8] = { 0 };
    char buf2[8] = { 0 };
    struct iovec iov[2];
    ssize_t nread;

    iov[0].iov_base = buf1;
    iov[0].iov_len = sizeof(buf1);
    iov[1].iov_base = buf2;
    iov[1].iov_len = sizeof(buf2);

    nread = readv(STDIN_FILENO, iov, 2);
    printf("%ld bytes read.\n", nread);
    printf("buf1: %s\n", buf1);
    printf("buf2: %s\n", buf2);

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

3. 读写文件

#include 
#include 
#include 
 
int main(void){
        char buf1[5],buf2[10];
        struct iovec iov[2];
        iov[0].iov_base = buf1;
        iov[0].iov_len = 5;
        iov[1].iov_base = buf2;
        iov[1].iov_len = 10;
 
        int fd = open("a.txt",O_RDWR);
        if(fd < 0){
                perror("open");
                return -1;
        }
        int rsize = readv(fd, iov, 2);  // 从文件a.txt中读取数据，存到iov[2]中的buf1、buf2
        printf("rsize = %d\n",rsize);
 
        close(fd);
 
        fd = open("b.txt", O_RDWR|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);
        if(fd < 0){
                perror("open");
                return -1;
        }
 
        int wsize = writev(fd,iov,2);  // 将iov[2]中的buf1、buf2，写入到文件b.txt
        printf("wsize = %d\n",wsize);
 
        close(fd);
        return 0;
}