计算机网络------fcntl实现非阻塞IO，dup2实现重定向

本文主要是介绍计算机网络------fcntl实现非阻塞IO，dup2实现重定向，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

在五种IO模型中有提到在Linux中，默认所有的套接字都是阻塞的。所以要实现非阻塞的套接字，就要执行特定的系统调用来实现。

fcntl

函数原型：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

参数说明：

fd：表示对哪个文件描述符进行操作

cmd：表示对文件描述符进行什么操作

arg：根据操作的不同而又不同的取值

函数功能：该函数的功能有很多，对应的cmd取值也有很多，但这里实现的只是将文件描述符设置为非阻塞。所以只介绍该部分的功能。

cmd = F_GETFL：获取文件状态标记，此时状态标记由返回值带回，参数arg为空。返回值为负数，说明获取失败。

cmd = F_SETFL：设置文件状态标记，此时新设置的文件状态标记由参数arg标识，返回值表示设置成功与否。

上述的文件状态其实是一个位图。不同的比特位表示不同的状态。不同的状态信息由不同的宏来标识。不同的宏之代表的数字之间只有一个比特位不同。O_NONBLOCK表示的就是文件的非阻塞状态。

下面通过将标准输入设置为非阻塞来使用该函数：

如果标准输入为阻塞状态，在对标准输入进行读取数据时，如果没有数据，此时进程就会被挂起等待，阻塞在相应的系统调用处，且该系统调用不返回。

如果标准输入为非阻塞状态，在对其进行读取数据时，如果没有数据，此时进程不会被挂起，而是系统调用返回后，进程可以做其他的事情。

首先编写将文件描述符设置为非阻塞的函数：

void SetNoBlock(int fd) 
{//首先利用fcntl函数获取文件描述符的文件标记状态int flag = fcntl(fd,F_GETFL);if(flag < 0){perror("fcntl");return;}//设置文件描述符的标记状态，在原有的基础上再加一个非阻塞的标记状态fcntl(fd,F_SETFL,flag | O_NONBLOCK);return;                                                                                                                           
}

通过将标准输入设置为阻塞和非阻塞来进行演示（标准输入默认是阻塞的）：

int main()
{ SetNoBlock(0);//将标准输入设置为非阻塞的状态   char buf[1024] = {0};while(1){//注意：此处应使用int类型的变量来接收s，因为当s为-1时，如果是size_t类型，就会发生越界，不可能等于-1int s = read(0,buf,sizeof(buf) - 1);if(s > 0){buf[s - 1] = 0;printf("%s\n",buf);}else if(s == 0){printf("close fd\n");break;}//此时，s小于0，表示有两种情况，一种是读取失败，一种是没有数据可读时//如果是没有数据时，errno会被设置为EAGAINelse{                                                                                                                             printf("s:%d,errno:%d\n",s,errno);if(errno == EAGAIN){printf("no data\n");//测试阻塞和非阻塞状态下该语句的输出情况sleep(1);}else{printf("error\n");}}}return 0;
}

如果没有将标准输入设置为非阻塞，运行结果如下：

此时，可以看到，没有数据输入时，进程会阻塞被阻塞。

若将标准输入设置为非阻塞，运行结果如下：

上述可以看出，当没有数据时，进程不会被阻塞，而是在系统调用返回后继续可以做其他的事情。

上述的read的返回值有以下几种情形：

（1）当内核中有数据时，会返回实际从内核拷贝到用户区的数据大小

（2）当读写双方进行数据通信时，如果写方不仅不写还将写文件描述符关闭了，此时读端调用read进行读取时会返回0

（3）当内核中没有数据时，对非阻塞IO来说，会返回-1，并且errno会被设置为EAGAIN

（4）当read函数调用出错时，也会返回-1，但errno不会设置为EAGAIN。所以可以通过该字段进行区分（3）（4）。

文件重定向

在之前的文中中有介绍过，要对一个文件进行重定向，可以通过如下方式来进行，如要将标准输出重定向到一个普通文件log.txt中。因为一个进程开始运行之后，默认打开三个文件描述符：标准输入（0），标准输出（1），标准错误（2）。所以，要使文件重定向到标准输出，进行如下操作：

close(1);
fd = open("log.txt",O_CREAT|O_RDWR);
printf("hello world");

此时，printf打印的字符串就不会输出屏幕上，而是直接输出到log.txt文件中了。

如果要重定向到close(1)之前已经打开的文件中，可能会想到如下操作：

fd = open("log.txt",O_CREAT|O_RDWR);
close(1);
close(fd);
fd = open("log.txt",O_CREAT|O_RDWR);

此时，因为第一次open时log.txt文件已经创建，在第二次open时就会调用失败（无论有无O_CREAT）。所以不能使用该方法来进行。

因此使用如下的系统调用来实现：

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);

dup

参数是oldfd，返回值实际是newfd。我们知道文件描述符的本质是一个数组下标，数组元素实际是一文件指针，指向打开的文件。该函数的作用是oldfd处的文件指针拷贝到newfd所在的数组下标处。

newfd的分配原则是将未被使用的最小的文件描述符作为新的newfd。

下面通过dup将标准输出重定向到普通文件中：

（1）首先打开一个普通文件；

（2）将标准输出关闭；

（3）利用dup将普通文件重定向到标准输入中。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>//将标准输出重定向到文件中int main()int fd = open("log.txt",O_CREAT|O_RDWR);if(fd < 0){perror("open error");return 1;}close(1);//注意：新文件描述符的内容是旧文件描述符内容的一份拷贝int new_fd = dup(fd);if(new_fd < 0){perror("dup");return 2;}close(fd);//因为文件已经重定向了，所以旧的文件描述符也就没有用了//如果该文件描述符不关闭，也可对该文件进行读写printf("new_fd:%d\n",new_fd);write(fd,"hello",strlen("hello"));int i = 10;while(i--)       {//printf重定向到普通文件，普通文件是全缓冲，//即printf输出的数据会先保存在stdout结构体的缓冲区中//等待程序结束才会刷新缓冲区，输出到文件中//但是在本程序中，因为在程序结束之前已经close了文件描述符//即在程序结束后找不到文件了，所以需要在close之前将缓冲区中的内容刷新到文件中//所以要调用fflush来刷新缓冲区////如果在程序结束之前没有close文件，也可以不用fflush刷新，程序结束后会自动刷新到缓冲区中//但是为防止其他特殊情况，还是刷新一下比较好printf("hello world\n");//printf重定向到普通文件，fflush(stdout);}close(new_fd);return 0;
}

此时，printf打印的信息就会在普通文件log.txt中了。

如果此时将标准输出和另一普通文件2（文件2的描述符必然大于标准输出）关闭，要求将文件2重定向到普通文件1中，此时dup就做不到了，因为此时分配的新的文件描述符必然是标准输出的文件描述符，而不是文件2的描述符。此时可以使用dup2函数。

dup2

int dup2(int oldfd, int newfd);

dup2也是将oldfd中的内容拷贝到newfd中。dup2相对于dup的优势在于可以自己指定新的文件描述符。但是dup只能被动的分配没有用过的最小的文件描述符。

通过将标准输出重定向到普通文件中来演示dup2：

（1）首先打开一个普通文件；

（2）将标准输出关闭；

（3）利用dup2将普通文件重定向到标准输入中。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>int main()
{int fd = open("log.txt",O_CREAT|O_RDWR);if(fd < 0){perror("open error");return 1;}close(1);dup2(fd,1);//dup2相对与dup的优势在于它可以自由选择新的没有用过的文件描述符//而dup是系统自动分配没有用过的最小的文件描述符//除此之外，其他点都与dup相同//此时还可以通过fd对普通文件进行写入write(fd,"hello",strlen("hello"));//不过因为已经重定向，一般都会将fd关闭close(fd);                                                                                                                        int i = 10;while(i--){   printf("hello world\n");fflush(stdout);}close(1);return 0;
}

此时printf打印的信息就会在文件log.txt中了。

fcntl和dup2会在后文中有相关的应用。