C++ WebServer的细节理解

1. 文件描述符-非阻塞模式

fcntl(fd, F_SETFL, fcntl(fd, F_GETFD, 0) | O_NONBLOCK);

代码解释：
上面这句代码，先查询文件描述符 fd 当前的标志，然后将 O_NONBLOCK 标志加入，并通过 F_SETFL 更新文件描述符，最终实现将该文件描述符切换为非阻塞模式。

O_NONBLOCK 设置在文件描述符上时，后续对该文件描述符的 I/O 操作（读写等）会变为非阻塞模式。

在非阻塞模式下，如果 I/O 操作不能立即完成（例如，因为没有数据可读或写缓冲区满），系统不会让调用进程阻塞等待，而是立即返回一个错误（通常为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK）。
这样，进程可以避免因等待 I/O 完成而被长时间阻塞，实现更高的响应性和并发性。

非阻塞模式—应用场景举例：

int accept(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t* len)

accept()函数，用于接受客户端的连接请求。默认情况下，accept() 是阻塞的。这意味着，如果没有待处理的连接请求（即没有客户端尝试连接到服务器），accept() 会一直阻塞，直到有新的连接请求到达或发生其他特定条件（如超时）为止。

当 accept() 处于阻塞状态时，它所在的线程是不能去做其他事情的。
若要改变这种行为，可以采用以下方法：

非阻塞模式：如前所述，可以使用 fcntl() 函数将套接字设置为非阻塞模式（使用 O_NONBLOCK 标志）。在这种模式下，accept() 调用将不会阻塞，而是立即返回。如果此时没有待处理的连接请求，accept() 将返回一个错误（通常为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK）。这样，线程可以在没有可用连接时执行其他任务，然后在适当的时候再次尝试 accept()。
异步 I/O：如 Linux 中的 io_uring 或 Windows 中的 overlapped I/O，可以异步地执行 accept()，使得线程在发起 accept() 请求后可以继续执行其他任务，然后通过回调、事件通知等方式获知 accept() 的结果。

2. mmap() 和 munmap()

mmap() 和 munmap() 是用于内存映射操作的系统调用函数。
mmap() 允许将文件或其他对象直接映射到进程的虚拟地址空间中，从而实现高效的数据访问。

void* mmap(void* addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

void* addr：
- 指定映射开始的期望虚拟地址。如果设为 NULL，内核将自动选择一个合适的地址。
size_t length：
- 指定映射区域的长度。必须是页面大小的整数倍。
int prot：
- 控制映射区域的访问权限：
  - PROT_READ：允许读取。
  - PROT_WRITE：允许写入。
  - PROT_NONE：禁止访问。
int flags：
- 控制映射行为和映射内容的处理方式：
  - MAP_SHARED：创建一个可共享的映射，对映射区域的修改会影响到所有映射此区域的进程，并且可能会同步回文件。
  - MAP_PRIVATE：创建一个私有映射，对映射区域的修改仅影响当前进程，不会改变底层文件。
int fd：
- 用于指定要映射的文件。如果使用匿名映射，可以传入 -1 或者一个未打开的文件描述符。
off_t offset：
- 文件中的偏移量，映射从该位置开始。通常应是文件系统块大小的整数倍。

返回值：

成功时返回映射区域的起始地址。
出现错误时返回 MAP_FAILED（通常是一个负值，如 (void*) -1）。

int munmap(void* addr, size_t length);

void* addr：
- 指定要解除映射的内存区域的起始地址，该地址应是之前 mmap() 调用返回的地址。
size_t length：
- 指定解除映射的区域长度，应与对应的 mmap() 调用中的 length 参数一致。

返回值： 成功时返回 0。出现错误时返回 -1。

mmap() 常用于以下场景：

高效文件访问：将文件直接映射到内存，避免了常规的文件I/O操作，对于大数据文件或频繁访问的文件尤其高效。
进程间通信（IPC）：通过映射同一份共享内存，不同进程可以直接通过内存地址来交换数据，无需通过管道、套接字等传统IPC机制。

例如，映射一个已打开文件的部分内容到内存中：

#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <cerrno>

int main() {
    const char* filename = "/path/to/file";
    int fd = open(filename, O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    struct stat sb;
    if (fstat(fd, &sb) == -1) {
        perror("fstat");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 映射整个文件
    void* mapped_region = mmap(nullptr, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if (mapped_region == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 使用映射区域...
    // ...

    // 解除映射
    if (munmap(mapped_region, sb.st_size) == -1) {
        perror("munmap");
        close(fd);
        return 1;
    }

    close(fd);
    return 0;
}

在WebServer中，使用方法也类似；下面对上面的代码做简单的分析：

int stat(const char *path, struct stat *buf);

stat() 是一个标准C库函数，通常在 <sys/stat.h> 头文件中声明，用于获取文件或目录的状态信息。

const char *path: 一个指向包含文件路径的指针。可以是绝对路径，也可以是相对于当前工作目录的相对路径。
struct stat *buf: 一个指向 struct stat 结构体的指针，用于接收由 stat() 函数填充的关于指定路径对象的信息，例如：
– 文件大小（st_size）
– 最近访问、修改和状态更改时间（st_atime, st_mtime, st_ctime）
– 权限位（st_mode）