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Linux I/Oファイルのシステムコール
（2009/03/03公開）

スキャタ／ギャザーI/O

　スキャタ／ギャザーI/Oとは、1つのシステムコールによって1つのデータストリームからバッファのベクターへの書き込みを行う、あるいは代わりに、1つのデータストリームからバッファのベクターへの読み出しを行う入出力の方法です。データがバッファの特定のベクターへと分散される（スキャタ）、あるいは、データがバッファの特定のベクターから収集される（ギャザー）ところから、このような名前が付けられました。別名ベクター型(vectored) I/Oとも呼ばれます。これに対し、第2章で解説した標準の読み出し／書き込みシステムコールは、線形型（linear）I/Oです。

　線形型I/Oと比較して、スキャタ／ギャザーI/Oには以下のような利点があります。

自然な操作

　必然的に分割されたデータ－例えば、所定のヘッダーファイル－の場合、ベクター型I/Oは直感的に操作できます。

効率性

　たった1つのベクター型I/O動作で、複数の線形型I/O動作と同じ作業を達成できます。

性能

　ベクター型I/Oを実行すると、システムコールの数が減少するほか、内部要因の最適化によって、線形型I/Oを実行する場合より性能が上昇します。

原子性

　複数の線形型I/O動作と異なり、1つのベクター型I/O動作を実行することで、別のプロセスの動作をインターリービングするリスクがありません。

　スキャタ／ギャザーI/Oの手法を使わずに、より自然なI/Oの方法と原子性の両方を実現することも可能です。書き込み前は素のベクターを1つのバッファとして連結し、読み出し後は戻されたバッファを複数のベクターに分解する－すなわち、ユーザースペース・アプリケーションを使えば、マニュアル操作で、分散と収集を行えます。しかし、このようなソリューションは効率的でないばかりか、実行も楽しいものではありません。

readv( )とwritev( )

　スキャタ／ギャザーI/Oを実行する一対のシステムコールが、POSIX 1003.1-2001によって定義され、Linuxによって実装されています。Linuxでの実装は、前節で列挙したすべての目標を実現します。

　以下のとおり、readv()関数は、ファイル記述子fdからiovで記述されるバッファへcountセグメントを読み込みます。

  #include <sys/uio.h>
  ssize_t readv (int fd,
                const struct iovec *iov,
                int count);

　以下のとおり、writev()関数は、iovで記述されるバッファからファイル記述子fdへcountセグメントを書き込みます。

  #include <sys/uio.h>
  ssize_t writev (int fd,
                 const struct iovec *iov,
                 int count);

　readv()関数とwritev()関数は、それぞれ、read()関数およびwrite()関数と同じように動作しますが、複数バッファの読み出しや書き込みを実行する点が異なります。

　以下のとおり、各iovec構造は独立した素のバッファを記述しており、これをセグメントと呼びます。

  #include <sys/uio.h>
  struct iovec {
          void *iov_base;   /* pointer to start of buffer */
          size_t iov_len;   /* size of buffer in bytes */
  };

　複数のセグメントのセットをベクターと呼びます。ベクターに含まれている各セグメントは、データを書き込む／読み込むメモリー内バッファのアドレスと長さを記述します。readv()関数は、iov_lenバイトの各バッファを完全に埋めた後、次のバッファへと進行します。writev()関数は、常に、完全なiov_lenバイトすべてを書き出した後、次のバッファへと進行します。どちらの関数も、iov[0]から開始して次にiov[1]という具合に、iov[count?1]に至るまで必ずセグメントの順を追って動作します。