《unix進階環境程式設計》進階 I/O——STREAMS(流)

        STREAMS（流）是系統 V 提供的構造核心裝置驅動程式和網絡協定包的一種通用方法。流在使用者程序和裝置驅動程式之間提供了一條全雙工通路，下面是流在使用者程序和裝置驅動程式之間的流圖：寫到流首的資料将順流而下傳送，由裝置驅動程式讀到的資料則逆流向上傳送；

STREAMS 消息

        STREAMS 的所有輸入和輸出都是基于消息，流首和使用者程序使用 read、write、ioctl、getmsg、getpmsg、putmsg 和 putpmsg 交換資訊。在流首、各處理子產品和裝置驅動程式之間，消息可順流而下，也可逆流而上。

       在使用者程序和流首之間，消息由以下幾部分組成：消息類型、控制資訊和資料；其中控制資訊和資料由以下結構指定：

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

        當使用putmsg 或 putpmsg 發送消息時，len 指定緩沖區中資料的位元組數；當使用 getmsg 或 getpmsg 接收消息時，maxlen 指定緩沖區長度，而 len 則由核心設定為存放緩沖區的資料量；消息長度允許為0，len 為 -1 時說明沒有控制資訊和資料。

       在我們所使用的函數（read，write，getmsg，getpmsg，putmsg 和 putpmsg）中，隻涉及三種消息類型，他們是：

1. M_DATA（I/O 的使用者資料）；
2. M_PROTO（協定控制資訊）；
3. M_PCPROTO（高優先級協定控制資訊）；

       流中的消息都有一個排隊優先級：

1. 高優先級消息（最高優先級）；
2. 優先級波段消息；
3. 普通消息（最低優先級）；

        普通信消息是優先級波段為 0 的消息，優先級波段可在 1~255 之間，波段愈高，優先級也愈高，在任何時刻流首隻有一個高優先級消息排隊，若在流首讀隊列已有一個高優先級消息，則另外的高優先級消息會被丢棄。

putmsg 和 putpmsg 函數

         putmsg 和 putpmsg 函數用于 STREAMS 消息寫至流中，這兩個函數的差別是後者允許對消息指定一個優先級波段。

/* 流 */
/*
 * 函數功能：将STREAMS消息寫至流；
 * 傳回值：若成功則傳回0，若出錯則傳回-1；
 * 函數原型：
 */
#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);
/*
 * 說明：
 * 對流使用write函數等價于不帶任何控制資訊、flags為0的putmsg函數；
 * 這兩函數可以産生三種不同優先級的消息：普通、優先級波段和高優先級；
 */
           

STREAMS 的 ioctl 操作

        ioctl 函數如下：

/* 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 的第二個參數request說明執行哪一個操作。所有request都以I_開始。第三個參數的作用與request有關，有時它是一個整型值，有時它是指向一個整型或一個資料結構的指針。

/*
 * 函數功能：判斷描述符是否引入一個流；
 * 傳回值：若為STREAMS裝置則傳回1，否則傳回0；
 * 函數原型：
 */
#include <stropts.h>
int isastream(int filedes);
/*
 * 說明：
 * 該函數是通過ioctl函數來進行的，可有如下實作：
 */
#include <stropts.h>
#include <unistd.h>
int isastream(int fd)
{
    return(ioctl(fd, I_CANPUT, 0) != -1);
}
           

寫模式

        可以使用兩個 ioctl 指令取得和設定一個流的寫模式，如果将 request 設定為 I_GWPORT，第三個參數設定為指向一個整型變量的指針，則該流的目前寫模式在該整型變量中傳回。如果将 request 設定為 I_SWPORT，第三個參數是一個整型值，則其值成為該流新的寫模式，我們可以先擷取目前寫模式值，然後修改它，則進行設定。目前隻定義了兩個寫模式值。

1. SNDZERO：對管道和 FIFO 的0長度 write 會造成順流傳送一個0長度消息。按系統預設，0長度寫不發送消息。
2. SNDPIPE：在流上已出錯後，若調用 write 和 putmsg，則向調用程序發送 SIGPIPE 資訊。

讀模式

        讀STREAMS裝置有兩個潛在的問題：

1. 如果讀到流中消息的記錄邊界将會怎樣？
2. 如果調用 read，而流中下一個消息由控制資訊又将如何？

        對第一種情況的預設處理模式稱為位元組流模式。read 從流中取資料直至滿足了所要求的位元組數，或者已經不再有資料。在這種模式中，忽略流中消息的邊界。第二種情況的預設處理是，read 出錯傳回。可以改變這兩種預設處理模式。

        調用 ioctl 時，若将 request 設定成 I_GRDOPT，第三個參數又是指向一個整型單元的指針，則對該流的目前讀模式在該整型單元中傳回。如果将 request 設定為 I_SRDOPT，第三個參數是整型值，則将該流的讀模式設定為該值。讀模式可由下列三個常量指定：

1. RNORM：普通，位元組流模式，如上述這是預設模式。
2. RMSGN：消息不丢棄模式，read從流中取資料知道讀到所要求的位元組數，或者到達消息邊界。如果某次read隻用了消息的一部分，則其餘部分仍留在流中，以供下一次讀。
3. RMSGD：消息丢棄模式，這與不丢棄模式的差別是，如果某次隻用了消息的一部分，則餘下部分就被丢棄，不再使用。

         在讀模式中還可指定另外三個變量，以便設定在讀到流中包含協定控制資訊的消息時read的處理方法：任一時刻，智能設定一種消息讀模式和一種協定讀模式，預設讀模式是：（RNORM | RPROTNORM）。

1. RPROTNORM：協定-普通模式。read 出錯傳回，errno 設定為 EBADMSG。這是預設模式。
2. RPROTDAT：協定-資料模式。read 将控制部分作為資料傳回給調用者。
3. RPROTDIS：協定-丢棄模式。read 丢棄消息中的控制資訊。但是傳回消息中的資料。

getmsg 和 getpmsg 函數

/*
 * 函數功能：将從流讀STREAMS消息；
 * 傳回值：若成功則傳回非負值，若出錯則傳回-1；
 * 函數原型：
 */
#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);
/*
 * 說明：
 * 如果flagptr指向的整型單元的值是0，則getmsg傳回流首讀隊列中的下一個消息；
 * 如果下一個消息是最高優先級消息，則在傳回時，flagptr所指向的整型單元設定為RS_HIPRI；
 * 如果隻希望接收高優先級消息，則在調用getmsg之前必須将flagptr所指向的整型單元設定為RS_HIPRI;
 * getmsg可以設定待接收消息的優先級波段；
 */
           

參考資料：

《UNIX進階環境程式設計》