《unix高级环境编程》高级 I/O——STREAMS(流)

爱被打了一巴掌 2022-08-14 00:49 182阅读 0赞

STREAMS（流）是系统 V 提供的构造内核设备驱动程序和网络协议包的一种通用方法。流在用户进程和设备驱动程序之间提供了一条全双工通路，下面是流在用户进程和设备驱动程序之间的流图：写到流首的数据将顺流而下传送，由设备驱动程序读到的数据则逆流向上传送；

![Center][]

## STREAMS 消息 ##

STREAMS 的所有输入和输出都是基于消息，流首和用户进程使用 read、write、ioctl、getmsg、getpmsg、putmsg 和 putpmsg 交换信息。在流首、各处理模块和设备驱动程序之间，消息可顺流而下，也可逆流而上。

在用户进程和流首之间，消息由以下几部分组成：消息类型、控制信息和数据；其中控制信息和数据由以下结构指定：

struct strbuf
    {
           int maxlen;  /* size of buffer */
           int len;         /* number of bytes currently in buffer */
           char *buf;    /* pointer to buffer */
    };

当使用putmsg 或 putpmsg 发送消息时，len 指定缓冲区中数据的字节数；当使用 getmsg 或 getpmsg 接收消息时，maxlen 指定缓冲区长度，而 len 则由内核设置为存放缓冲区的数据量；消息长度允许为0，len 为 -1 时说明没有控制信息和数据。

在我们所使用的函数（read，write，getmsg，getpmsg，putmsg 和 putpmsg）中，只涉及三种消息类型，他们是：

1.  M\_DATA（I/O 的用户数据）；
2.  M\_PROTO（协议控制信息）；
3.  M\_PCPROTO（高优先级协议控制信息）；

流中的消息都有一个排队优先级：

1.  高优先级消息（最高优先级）；
2.  优先级波段消息；
3.  普通消息（最低优先级）；

普通信消息是优先级波段为 0 的消息，优先级波段可在 1~255 之间，波段愈高，优先级也愈高，在任何时刻流首只有一个高优先级消息排队，若在流首读队列已有一个高优先级消息，则另外的高优先级消息会被丢弃。

putmsg 和 putpmsg 函数

putmsg 和 putpmsg 函数用于 STREAMS 消息写至流中，这两个函数的区别是后者允许对消息指定一个优先级波段。

/* 流 */
    /*
     * 函数功能：将STREAMS消息写至流；
     * 返回值：若成功则返回0，若出错则返回-1；
     * 函数原型：
     */
    #include <stropts.h>
    int putmsg(int filedes, const struct strbuf *ctlptr, const struct strbuf *datptr, int flags);
    int putpmsg(int filedes, const struct strbuf *ctlptr, const struct strbuf *datptr, int band, int flags);
    /*
     * 说明：
     * 对流使用write函数等价于不带任何控制信息、flags为0的putmsg函数；
     * 这两函数可以产生三种不同优先级的消息：普通、优先级波段和高优先级；
     */

## STREAMS 的 ioctl 操作 ##

ioctl 函数如下：

/* Perform the I/O control operation specified by REQUEST on FD.
       One argument may follow; its presence and type depend on REQUEST.
       Return value depends on REQUEST.  Usually -1 indicates error.  */
     int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, ...) ;

ioctl 的第二个参数request说明执行哪一个操作。所有request都以I\_开始。第三个参数的作用与request有关，有时它是一个整型值，有时它是指向一个整型或一个数据结构的指针。

/*
     * 函数功能：判断描述符是否引入一个流；
     * 返回值：若为STREAMS设备则返回1，否则返回0；
     * 函数原型：
     */
    #include <stropts.h>
    int isastream(int filedes);
    /*
     * 说明：
     * 该函数是通过ioctl函数来进行的，可有如下实现：
     */
    #include <stropts.h>
    #include <unistd.h>
    int isastream(int fd)
    {
        return(ioctl(fd, I_CANPUT, 0) != -1);
    }

## 写模式 ##

可以使用两个 ioctl 命令取得和设置一个流的写模式，如果将 request 设置为 I\_GWPORT，第三个参数设置为指向一个整型变量的指针，则该流的当前写模式在该整型变量中返回。如果将 request 设置为 I\_SWPORT，第三个参数是一个整型值，则其值成为该流新的写模式，我们可以先获取当前写模式值，然后修改它，则进行设置。目前只定义了两个写模式值。

1.  SNDZERO：对管道和 FIFO 的0长度 write 会造成顺流传送一个0长度消息。按系统默认，0长度写不发送消息。
2.  SNDPIPE：在流上已出错后，若调用 write 和 putmsg，则向调用进程发送 SIGPIPE 信息。

## 读模式 ##

读STREAMS设备有两个潜在的问题：

1.  如果读到流中消息的记录边界将会怎样？
2.  如果调用 read，而流中下一个消息由控制信息又将如何？

对第一种情况的默认处理模式称为字节流模式。read 从流中取数据直至满足了所要求的字节数，或者已经不再有数据。在这种模式中，忽略流中消息的边界。第二种情况的默认处理是，read 出错返回。可以改变这两种默认处理模式。  
调用 ioctl 时，若将 request 设置成 I\_GRDOPT，第三个参数又是指向一个整型单元的指针，则对该流的当前读模式在该整型单元中返回。如果将 request 设置为 I\_SRDOPT，第三个参数是整型值，则将该流的读模式设置为该值。读模式可由下列三个常量指定：

1.  RNORM：普通，字节流模式，如上述这是默认模式。
2.  RMSGN：消息不丢弃模式，read从流中取数据知道读到所要求的字节数，或者到达消息边界。如果某次read只用了消息的一部分，则其余部分仍留在流中，以供下一次读。
3.  RMSGD：消息丢弃模式，这与不丢弃模式的区别是，如果某次只用了消息的一部分，则余下部分就被丢弃，不再使用。

在读模式中还可指定另外三个变量，以便设置在读到流中包含协议控制信息的消息时read的处理方法：任一时刻，智能设置一种消息读模式和一种协议读模式，默认读模式是：（RNORM | RPROTNORM）。

1.  RPROTNORM：协议-普通模式。read 出错返回，errno 设置为 EBADMSG。这是默认模式。
2.  RPROTDAT：协议-数据模式。read 将控制部分作为数据返回给调用者。
3.  RPROTDIS：协议-丢弃模式。read 丢弃消息中的控制信息。但是返回消息中的数据。

## getmsg 和 getpmsg 函数 ##

/*
     * 函数功能：将从流读STREAMS消息；
     * 返回值：若成功则返回非负值，若出错则返回-1；
     * 函数原型：
     */
    #include <stropts.h>
    int getmsg(int filedes, const struct strbuf *ctlptr, const struct strbuf *datptr, int *flagptr);
    int getpmsg(int filedes, const struct strbuf *ctlptr, const struct strbuf *datptr, int *bandptr, int *flagptr);
    /*
     * 说明：
     * 如果flagptr指向的整型单元的值是0，则getmsg返回流首读队列中的下一个消息；
     * 如果下一个消息是最高优先级消息，则在返回时，flagptr所指向的整型单元设置为RS_HIPRI；
     * 如果只希望接收高优先级消息，则在调用getmsg之前必须将flagptr所指向的整型单元设置为RS_HIPRI;
     * getmsg可以设置待接收消息的优先级波段；
     */

参考资料：

《UNIX高级环境编程》

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