关于I/O流分离的其他内容 (dup & dup2函数)

柔情只为你懂 2022-05-25 11:17 90阅读 0赞

## 分离I/O流 ##

### "流"分离带来的EOF问题       ###

服务器端代码：sep\_serv.c

#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(atoi(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");			//创建读模式FILE指针
    	writefp = fdopen(clnt_sock,"w");		//创建写模式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);		
    
    	fclose(writefp);						//关闭写模式FILE指针,发送EOF
    	fgets(buf,sizeof(buf),readfp);			//使用readfp接收数据
    	fputs(buf,stdout);
    	fclose(readfp);
    	return 0;
    }

38行调用fclose函数后会发送EOF，下面的客户端收到EOF后也会发送最后的字符串。需要验证39行的函数调用能否接收。

客户端:sep\_clnt.c

#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 sock;
    	char buf[BUF_SIZE];
    	struct sockaddr_in serv_addr;
    
    	FILE * readfp;
    	FILE * writefp;
    
    	sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    	memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
    	serv_addr.sin_family = AF_INET;
    	serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    	serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    
    	connect(sock,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr));
    	readfp = fdopen(sock,"r");
    	writefp = fdopen(sock,"w");
    
    	while(1)
    	{
    		if(fgets(buf,sizeof(buf),readfp) == NULL)	//收到EOF时,fgets函数返回NULL指针,退出循环.
    			break;
    		fputs(buf,stdout);
    		fflush(stdout);
    	}
    
    	fputs("FROM CLIENT: Thank you! \n",writefp);	//发送最后的字符串
    	fflush(writefp);
    	fclose(writefp); fclose(readfp);
    	return 0;
    }

运行结果:

![70][]

服务器端未能接收到最后发送的字符串。

因为服务器端38的fclose函数调用完全终止了套接字，而不是半关闭。

这就是本节需要解决的问题。

如何对fdopen函数调用时生成的FILE指针进行半关闭操作?

## 文件描述符的复制和半关闭 ##

### 终止“流”时无法半关闭的原因 ###

2个FILE指针-文件描述符-套接字之间的关系：

![70 1][]

读模式和写模式的FILE指针都是基于同一个文件描述符创建的。因此对任意一个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。如图：

![70 2][]

如何进入可以输入但无法输出的半关闭状态呢？如下图：创建FILE指针前先复制文件描述符即可

![70 3][]

复制后另外创建一个文件描述符，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。

这时候，若针对写模式FILE指针调用fclose函数时，只能销毁与该FILE指针相关的文件描述符，无法销毁套接字：

![70 4][]

但此时不是半关闭状态，只是准备好了半关闭环境。要进入真正的半关闭状态需要特殊处理。

剩下的1个文件描述符可以同时进行I/O,因此，不但没有发送EOF，而且仍然可以利用文件描述符进行输出。

### 复制文件描述符 ###

文件描述符的复制与fork函数中进行的复制有所区别。文件描述符的复制是在同一进程内完成。

![70 5][]

文件描述符的值不能重复，因此各使用5和7整数值。同一进程内2个文件描述符可以同时访问同一个文件或套接字。

### dup & dup2 ###

文件描述符的复制函数:  
![70 6][]

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时，该值将成为复制出的文件描述符值。

示例：复制自动打开的标准输出的文件描述符1，并利用复制出的描述符进行输出。

#include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    
    int main(int argc,char *argv[])
    {
    	int cfd1, cfd2;
    	char str1[] = "Hi~ \n";
    	char str2[] = "It's nice day~ \n";
    
    	cfd1 = dup(1);
    	cfd2 = dup2(cfd1,7);
    
    	printf("fd1 = %d, fd2 = %d \n", cfd1,cfd2);
    	write(cfd1,str1,sizeof(str1));
    	write(cfd2,str2,sizeof(str2));
    
    	close(cfd1);
    	close(cfd2);
    	write(1,str1,sizeof(str1));
    	close(1);					//终止标准输出，因此下面的write函数无法输出
    	write(1,str2,sizeof(str2));
    	return 0;
    }

运行结果:dup.c

![70 7][]

### 复制文件描述符后“流”的分离 ###

更改sep\_serv.c，使其能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1任务。服务器端必须同时发送EOF。

服务器端:sep\_serv2.c

#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(atoi(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");			//创建读模式FILE指针
    	writefp = fdopen(dup(clnt_sock),"w");	//针对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。服务器端进入半关闭状态，并向客户端发送EOF。
    	fclose(writefp);						
    	
    	fgets(buf,sizeof(buf),readfp);			//使用readfp接收数据
    	fputs(buf,stdout);
    	fclose(readfp);
    	return 0;
    }

客户端:sep\_clnt.c

#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 sock;
    	char buf[BUF_SIZE];
    	struct sockaddr_in serv_addr;
    
    	FILE * readfp;
    	FILE * writefp;
    
    	sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    	memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
    	serv_addr.sin_family = AF_INET;
    	serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    	serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    
    	connect(sock,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr));
    	readfp = fdopen(sock,"r");
    	writefp = fdopen(sock,"w");
    
    	while(1)
    	{
    		if(fgets(buf,sizeof(buf),readfp) == NULL)	//收到EOF时,fgets函数返回NULL指针,退出循环.
    			break;
    		fputs(buf,stdout);
    		fflush(stdout);
    	}
    
    	fputs("FROM CLIENT: Thank you! \n",writefp);	//发送最后的字符串
    	fflush(writefp);
    	fclose(writefp); fclose(readfp);
    	return 0;
    }

运行结果:

![70 8][]

运行结果证明服务器端在半关闭状态下向客户端发送了EOF。

通过该示例希望掌握一点：

无论复制出多少文件描述符，均应调用shutdown函数发送EOF并进入半关闭状态。

[70]: /images/20220525/12a18862305a4fffa4f4a43915b83bec.png
[70 1]: /images/20220525/829bbf0882834cf6a9de2614f63346b9.png
[70 2]: /images/20220525/434033df68f3459fbe9df6cf1a067488.png
[70 3]: /images/20220525/9cf89579ad96458bb5a1fb980bbd7dbe.png
[70 4]: /images/20220525/4008fbe2b8a04d57ad27844a8041d1ea.png
[70 5]: /images/20220525/d42b5c6ce8914bc0ac336ff762452e5d.png
[70 6]: /images/20220525/a5e1a4262cb54619a5247fad84df15b2.png
[70 7]: /images/20220525/ff8959c6b31b4de6b280c669ad5e8a52.png
[70 8]: /images/20220525/05fb1651d31d46829c4c8d85e5da48b7.png