了解 Linux 中的 sendfile 函数

在 Linux 系统编程中，sendfile 函数是一个强大的系统调用，用于高效地在文件描述符之间传输数据，特别是用于网络编程中发送文件数据。它在处理大文件时能提供出色的性能优势。

什么是 sendfile 函数？

sendfile 函数允许在两个文件描述符之间直接传输数据，而无需将数据从内核空间复制到用户空间再发送。它在 Linux 系统上首次出现于 2.2 内核版本。效率很高，这被称为零拷贝。该函数的原型如下：

#include <sys/sendfile.h> 
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

其中：

• out_fd 是输出文件描述符，通常是网络套接字描述符。
• in_fd 是输入文件描述符，通常是打开的文件或套接字。
• offset 是一个指向 off_t 类型的指针，用于指定从输入文件的哪个位置开始传输数据。如果为 NULL，则从当前文件偏移量开始传输。
• count 是要传输的字节数。
• sendfile成功时返回传输的字节数，失败则返回-1并设置errno

该函数的man手册明确指出，in_fd必须是一个支持类似mmap函数的文件描述符，即它必须指向真实的文件，不能是socket和管道；而out_fd则必须是一个socket。由此可见，sendfile几乎是专门为在网络上传输文件而设计的。

为什么要使用 sendfile 函数？

• 性能优势：sendfile 在操作大文件时具有显著的性能优势，因为它避免了数据在用户空间和内核空间之间的复制。
• 减少系统调用：使用 sendfile 可以减少系统调用次数，提高传输效率。
• 适用于网络编程：特别适用于在网络套接字上发送文件数据，可以大大提高网络应用程序的性能。

示例代码

以下是一个简单的 C 语言示例，演示了如何使用 sendfile 函数将文件内容发送到网络套接字：

#include <sys/sendfile.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>

int main() {
   
    int in_fd, out_fd;
    off_t offset = 0;
    struct stat stat_buf;

    in_fd = open("input_file.txt", O_RDONLY);
    fstat(in_fd, &stat_buf);

    out_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    // 连接网络套接字等操作...

    ssize_t sent_bytes = sendfile(out_fd, in_fd, &offset, stat_buf.st_size);
    if (sent_bytes == -1) {
   
        perror("sendfile");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    close(out_fd);
    close(in_fd);

    return 0;
}

这段代码打开一个名为 input_file.txt 的文件，并将其内容发送到一个网络套接字。请注意，此示例中省略了一些错误处理和套接字连接的部分。

结语

sendfile 函数是在 Linux 系统编程中非常有用的工具，特别适用于需要高效传输大文件数据的场景。它提供了一种有效的方式来避免不必要的数据复制和系统调用，从而提高了程序的性能和效率。

希望这篇博客能帮助你更好地了解和使用 sendfile 函数！