分离I/O流

两次I/O流分离

我们之前通过2种方法分离过IO流，第一种是第十章的“TCPI/O过程（Routine）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，但我们分开了2个文件描述符的用途，因此这也属于“流”的分离。
第二种分离在第十五章。通过2次fdopen函数的调用，创建读模式FILE指针（FILE结构体指针）和写模式FILE指针。换言之，我们分离了输入工具和输出工具，因此也可视为“流”的分离。下面说明分离的理由，讨论尚未提及的问题并给出解决方案。

分离“流”的好处

第10章的“流”分离和第15章的“流”分离在目的上有一定差异。首先分析第10章的“流”分离目的。
□通过分开输入过程（代码）和输出过程降低实现难度。
□与输入无关的输出操作可以提高速度

这是第10章讨论过的内容，故不再解释这些优点的原因。接下来给出第15章“流”分离的目的。
□为了将FILE指针按读模式和写模式如以区分。
□可以通过区分读写模式降低实现难度。
□通过区分IO缓冲提高缓冲性能
“流”分离的方法、情况（目的）不同时，带来的好处也有所不同。

“流”分离带来的EOF问题

下面讲解“流”分离带来的问题。第7章介绍过EOF的传递方法和半关闭的必要性（如果记
不清，请复习相应章节)。各位应该还记得如下函数调用语句：

shutdown(sock, SHUT_WR);

当时讲过调用shutdown函数的基于半关闭的EOF传递方法。10章还利用这些技术在示例中添加了半关闭相关代码。也就是说，第10章的“流”分离没有问题。但第15章的基于fdopen函数的“流”则不同，我们还不知道在这种情况下如何进行半关闭，因此有可能犯如下错误：
“半关闭？不是可以针对输出模式的FILE指针调用fclose函数吗?这样可以向对方传递EOF，变成可以接收数据但无法发送数据的半关闭状态呀。”各位是否也这么认为？这是一种很好的猜测，但希望大家先阅读下列代码。另外，接下来的示例中为了简化代码而未添加异常处理，希望各位不要误解。先给出服务器端代码。

#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_sock,clnt_sock;
    socklen_t clnt_addr_sz;
    char buf[BUF_SIZE]={0,};
  
    serv_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=htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

    bind(serv_sock,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr));
    listen(serv_sock,5);
    clnt_addr_sz=sizof(clnt_sock);
    clnt_sock=accept(serv_sock,(struct sockaddr*)&clnt_addr,&clnt_addr_sz);

    readfp=fdopen(clnt_sock,"r");
    writefp=fdopen(clnt_sock,"w");

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

有些人可能认为可以通过第39行的函数调用接受客户端最后发送的字符串。上述示例调用fclose函数后的确会发送EOF。稍后给出的客户端收到EOF后也会发送最后的字符串，只是需要验证第39行的函数调用能否接受。接下来给出客户端代码。

#include<"头文件声明和服务器端声明一样，故省略">
#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,sizepf(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)break;
         fputs(buf,stdout);
         fflush(stdout);
    }

    fputs("FROM CLIENT: Thank you! \n",writefp);
    fflush(writefp);
    fclose(writefp);
    fclose(readfp);
    return 0;
}

从运行结果可以得出以下结论:“服务器端未能接受由客户端传来的最后的字符串!”。

很容易判断其原因::在服务器示例中的第38行调用的fclose函数完全终止了套接字，而不是半关闭。以上就是需要通过本章解决的问题。

文件描述符的复制和半关闭

终止"流"时无法半关闭的原因

 这张图描述了之前示例中服务器端的两个文件指针。那么一切就真相大白了。当读指针调用fclose函数的时候会关闭文件描述符，此时会关闭套接字。那么如何解决呢?不就是创建FILE指针前先复制文件描述符即可。

 如图所示，复制后另外创建1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。这就为半关闭准备好了环境，因为套接字和文件描述符之间具有如下关系:

"销毁所有文件描述符后才能销毁套接字"

也就是说，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。

那此时的状态是否为半关闭状态？不是！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。仔细观察，还剩1个文件描述符。而且该文件描述符可以同时进行IO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。稍后将介绍发送EOF并进入半关闭状态的方法。首先介绍如何复制文件描述符，之前的fork函数不在考虑范围内。

复制文件描述符

之前所提到的文件描述符复制与fork函数中进行的复制有所区别。调用fork函数时将复制整个进程，此时的复制从某种意义上是复制到另一个进程中。但是这里提到的复制是可以在同一个进程内完成文件描述符的复制。当然，文件描述符的值不能重复，因此要使用互不相同的值。为了形成这种结构，需要复制文件描述符。此处所谓的"复制"具有如下含义:"为了访问同一文件或套接字，创建另外一个文件描述符。"

dup&dup2

下面给出文件描述符的复制方法，通过下列两个函数之一完成。

#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
     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

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的值。

复制文件描述符后"流"的分离

下面我们的目的就是使之前的服务器客户端模型正常工作。所谓"正常"工作是指，通过服务器端的半关闭状态接收客户端最后发出的字符串。当然，为了完成这一任务，服务端需要同时发送EOF。下面是示例代码:

#include<"头文件和之前的示例相同，故省略">
#define BUF_SIZE 1024

int main(int argc,char*argv[]){
    int serv_sock,clnt_sock;
    FILE *readfp;
    FILE *writefp;
    
    struct sockaddr_in serv_addr,clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_sz;
    char buf[BUF_SIZE]={0,};

    serv_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=htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

    bind(serv_sock,(struct sockadd*)&serv_addr,sizeof(serv_addr));
    listen(serv_sock,5);
    clnt_addr_sz=sizeof(clnt_addr);
    clnt_sock=accept(serv_sock,(struct sockaddr*)&clnt_addr,&clnt_addr_sz);

    readfp=fdopen(clnt_sock,"r");
    writefp=fdopen(dup(clnt_sock),"w");

    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);
    fclose(writefp);//关闭并发送EOF

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

结果证明服务器端在半关闭的情况下向客户端发送了EOF，通过该示例希望大家掌握一点:"

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"