[网络协议]网络编程——分离I/O流

参考

1. 《TCP/IP网络编程》 尹圣雨

分离I/O流

两种I/O流分离

第一种是TCP I/O过程分离。这种方法通过调用fork函数复制出1个文件描述符，以区分输入和输出中使用的文件描述符。虽然文件描述符本身不会根据输入和输出进行区分，但分开了2个文件描述符的用途，因此也属于流的分离。

第二种是使用标准I/O函数时，通过2次fdopen函数的调用，创建读模式FILE指针和写模式FILE指针，分离了输入工具和输出工具，也可以视为流的分离。

分离流的好处

第一种分离流的方式的好处：

1. 通过分开输入过程（代码）和输出过程降低实现难度
2. 与输入无关的输出操作可以提高速度

第二种分离流的方式的好处：

1. 为了将FILE指针按读模式和写模式区分
2. 可以通过区分读写模式降低实现难度
3. 通过区分I/O缓冲提高缓冲性能

分离流带来的EOF问题

第一种分离流的方式没有问题，但是第二种分离流的方式有问题。

虽然表面上看可以针对输出模式的FILE指针调用fclose函数，向对方传递EOF，编程可以接收数据但无法发送数据的半关闭状态，但实际上，fclose(writefp)完全终止了套接字，而不是半关闭。

终止流时无法半关闭的原因：读模式FILE指针和写模式FILE指针都是基于同一文件描述符创建的。因此，针对任意一个FILE指针调用fclose函数时都会关闭文件描述符，也就终止套接字。

文件描述符的复制和半关闭

为了实现可以输入但无法输出的半关闭状态，创建FILE指针前先复制文件描述符即可。然后，利用各自的文件描述符生成读模式FILE指针和写模式FILE指针。因为，销毁所有文件描述符后才能销毁套接字。即针对写模式FILE指针调用fclose函数，只能销毁与该FILE指针相关的文件描述符，无法销毁套接字。

但实际上，剩余的与读模式FILE指针相关的文件描述符还是可以同时进行I/O，因此，仅仅如此还不能实现半关闭。还需要使用shutdown函数。

复制文件描述符

与fork函数不同，调用fork函数将复制整个进程，因此同一进程内不能同时有原件和副本。如果在同一进程内完成文件描述符的复制，需要dup或dup2函数。

#include <unistd.h>

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

成功时返回复制的文件描述符，失败时返回-1。其中，fildes为需要复制的文件描述符，fildes为明确指定的文件描述符整数值。dup2函数明确指定复制的文件描述符整数值，向其传递大于0且小于进程能生成的最大文件描述符值时，该值将成为复制出的文件描述符值。

复制文件描述符后进行流的分类

我们的目标是，通过服务器端的半关闭状态接收客户端最后发送的字符串。为了完成这样任务，服务器端需要同时发送EOF。

需要注意的是，无论复制出了多少文件描述符，均应调用shutdown函数发送EOF并进入半关闭状态，因此代码中shutdown(fileno(writefp), SHUT_WR);实现了服务器的半关闭状态，并向客户端发送EOF

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 1024

int main(int argc, char* argv[])
{
    int serv_sock, clnt_sock;
    FILE* readfp;
    FILE* writefp;

    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;
    char buf[BUF_SIZE] = {0,};
    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port = htons(atol(argv[1]));

    bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr));
    listen(serv_sock, 5);
    clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);
    clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);

    readfp = fdopen(clnt_sock, "r");
    writefp = fdopen(dup(clnt_sock), "w");                  // 利用dup函数的返回值生成FILE指针

    fputs("FROM SERVER: Hi~ client? \n", writefp);
    fputs("I love all of the world \n", writefp);
    fputs("You are awesome! \n", writefp);
    fflush(writefp);

    shutdown(fileno(writefp), SHUT_WR);                     // 针对fileno函数返回的文件描述符调用shutdown函数
    fclose(writefp);

    fgets(buf, sizeof(buf), readfp);
    fputs(buf, stdout);
    fclose(readfp);
    return 0;
}