structiovec：A Complete Guide to Using structiovec

一、简介

structiovec是一个在C语言中常用的数据结构，用于实现分散/聚集I/O。该结构体将多个缓冲区封装成一个向量，使得可以一次性地将向量中的多个缓冲区内容写入或从文件中读取。

structiovec由两个成员变量组成：一个指针（iov_base）和一个长度（iov_len）。iov_base指向一个缓冲区的地址，iov_len表示此缓冲区的长度。对于每个向量，可以指定多个缓冲区，每个缓冲区由一个struct iovec结构体来表示。

使用structiovec的好处包括：简化代码、提高效率、兼容性强，因此值得我们在实践中深入了解。

二、聚集I/O

聚集I/O用于将多个缓冲区中的数据读取或写入到单个文件中。使用聚集I/O的好处在于可以减少系统调用的次数，提高效率。structiovec中的成员变量iov_base指向一个缓冲区的地址，iov_len表示此缓冲区的长度。对于每个向量，可以指定多个缓冲区，每个缓冲区由一个struct iovec结构体来表示。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/uio.h>

int main()
{
    struct iovec iov[3];
    char buf1[] = "Data from";
    char buf2[] = " multiple";
    char buf3[] = " buffers.";

    iov[0].iov_base = buf1;
    iov[0].iov_len = strlen(buf1);
    iov[1].iov_base = buf2;
    iov[1].iov_len = strlen(buf2);
    iov[2].iov_base = buf3;
    iov[2].iov_len = strlen(buf3);

    ssize_t nwritten = writev(STDOUT_FILENO, iov, 3);
    printf("%d bytes written\n", nwritten);
    return 0;
}

在上述代码中，我们定义了3个缓冲区buf1、buf2、buf3，然后将它们封装进一个向量iov中，并使用writev函数将向量中的所有缓冲区内容一次性地写入STDOUT_FILENO中。

三、分散I/O

分散I/O用于从单个文件中读取数据到多个缓冲区中。使用分散I/O的好处在于可以减少系统调用的次数，提高效率。structiovec中的成员变量iov_base指向一个缓冲区的地址，iov_len表示此缓冲区的长度。对于每个向量，可以指定多个缓冲区，每个缓冲区由一个struct iovec结构体来表示。

#include <stdio.h>
#include <sys/uio.h>

int main()
{
    struct iovec iov[3];
    char buf1[5];
    char buf2[5];
    char buf3[5];

    iov[0].iov_base = buf1;
    iov[0].iov_len = sizeof(buf1);
    iov[1].iov_base = buf2;
    iov[1].iov_len = sizeof(buf2);
    iov[2].iov_base = buf3;
    iov[2].iov_len = sizeof(buf3);

    ssize_t nread = readv(STDIN_FILENO, iov, 3);

    printf("%d bytes read: %s%s%s\n", nread, buf1, buf2, buf3);

    return 0;
}

在上述代码中，我们定义了3个缓冲区buf1、buf2、buf3，并将它们封装进一个向量iov中，然后使用readv函数将STDIN_FILENO中的内容一次性地读取到各个缓冲区中。

四、使用结构体数组来实现分散/聚集I/O

可以使用结构体数组来实现分散/聚集I/O功能。这种方法的好处在于：可以预定义一组缓冲区并使用它们来读取和写入数据（常用于网络编程中）。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/uio.h>

struct myiovec {
    char *iov_base;
    size_t iov_len;
};

int main()
{
    struct myiovec iov[3];
    char buf1[] = "Data from";
    char buf2[] = " multiple";
    char buf3[] = " buffers.";

    iov[0].iov_base = buf1;
    iov[0].iov_len = strlen(buf1);
    iov[1].iov_base = buf2;
    iov[1].iov_len = strlen(buf2);
    iov[2].iov_base = buf3;
    iov[2].iov_len = strlen(buf3);

    ssize_t nwritten = writev(STDOUT_FILENO, (const struct iovec *)iov, 3);
    printf("%d bytes written\n", nwritten);

    return 0;
}

在上述代码中，我们定义了一个包含3个元素的结构体数组iov，其中每个元素包含一个缓冲区的地址和它的长度。最后，我们使用writev函数将结构体数组中的所有缓冲区内容一次性地写入STDOUT_FILENO中。

五、使用bvec来进行流取向的I/O

分散/聚集I/O用于单个文件中的读写，而流取向的I/O用于网络编程中，实现了分散/聚集I/O在一个套接字上传输的功能。

在Linux环境下，定义了一个bvec结构体来实现流取向的I/O功能。这个结构体的成员变量包括：bv_page、bv_len和bv_offset。其中，bv_page指向一个内存页面，bv_len表示该页面的长度，bv_offset表示该页面的偏移量。这些页面是用来缓存网卡收发的数据的。

#include <linux/types.h>
#include <asm/scatterlist.h>
#include <linux/highmem.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/netdevice.h>

int sock_sendmsg(struct socket *sock, struct msghdr *msg, size_t len)
{
    struct kvec iov;
    struct sock_iocb iocb;
    struct iov_iter iter;
    struct sg_table sg;
    struct scatterlist *sgl;
    unsigned int sgl_nents, offset;
    int size;

    sgl_nents = skb_to_sgvec(msg->msg_iter.bvec.vec.bv_page,
                    msg->msg_iter.bvec.vec.bv_len, 0, &sg, 1);

    sgl = sg.sgl;
    offset = 0;
    iov.iov_len = len;
    iov_iter_init(&iter, WRITE, &iov, 1, len);

    while (offset < len) {
        size = kernel_sendmsg(sock, msg, &iov, 1, len);
        if (size < 0)
            return size;
        iov_iter_advance(&iter, size);
        offset += size;
    }
    return offset;
}

在上述代码中，我们定义了一个sock_sendmsg函数来实现流取向的I/O。其中，sgl_nents用于设置sgl数组的长度，sgl数组包含指向多个页面的指针。通过在sgl数组中设置多个页面的指针，我们可以实现多个缓冲区的读取和写入。

六、结论

使用structiovec可以极大地简化代码，并提高程序的效率。聚集I/O用于将多个缓冲区中的数据读取或写入到单个文件中，而使用分散I/O可以从单个文件中读取数据到多个缓冲区中。在网络编程中，我们可以使用bvec结构体来实现流取向的I/O功能。实践中请根据自己的需求选择合适的方法。