Linux高性能服务器编程——进程间传递文件描述符

问题的提出

一：fork（）之后，父进程中打开的文件描述符，在子进程中仍然处于打开状态。所以从父进程——》子进程（传递文件描述符）很方便。值得注意的是传递一个文件描述符并不是传递一个文件描述符的值。

二：那么怎样吧子进程中打开的文件描述符传递给父进程呢？通俗的说：也就是，如何在两个不相干的进程之间传递文件描述符呢？

解决方案

在Linux底下，可以利用UNIX域底下的socket在进程间传递特殊的辅助数据，以实现文件描述符的传递。

代码实现

#include<sys/socket.h>
#include<sys/param.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
/*
struct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr *msgh);
struct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *msgh,struct cmsghdr *cmsg);
size_t CMSG_ALIGN(size_t length);
size_t CMSG_SPACE(size_t length);
size_t CMSG_LEN(size_t length);
unsigned char* CMSG_DATA(struct cmsghdr *cmsg);

struct cmsghdr{
		socklen_t cmsg_len;
		int cmsg_level;
		int cmsg_type;
};
*/
static const int CONTROL_LEN = CMSG_LEN(sizeof(int));
/*发送文件描述符，fd参数是用来传递信息的UNIX域的socket，fd_to_send参数是待发送的文件描述符*/

void send_fd(int fd,int fd_to_send)
{
	struct iovec iov[1];
	struct msghdr msg;
	char buf[0];

	iov[0].iov_base = buf;
	iov[1].iov_len = 1;
	msg.msg_name = NULL;
	msg.msg_namelen = 0;
	msg.msg_iov  = iov;
	msg.msg_iovlen = 1;

	cmsghdr cm;
	cm.cmsg_len = CONTROL_LEN;
	cm.cmsg_level = SOL_SOCKET;
	cm.cmsg_type = SCM_RIGHTS;
	*(int *)CMSG_DATA(& cm) = fd_to_send;
	msg.msg_control = &cm;//设置辅助数据
	msg.msg_controllen = CONTROL_LEN;

	sendmsg(fd,&msg,0);
}
int recv_fd(int fd)
{
	struct iovec iov[1];
	struct msghdr msg;
	char buf[0];

	iov[0].iov_base = buf;
	iov[1].iov_len = 1;
	msg.msg_name = NULL;
	msg.msg_namelen = 0;
	msg.msg_iov  = iov;
	msg.msg_iovlen = 1;

	cmsghdr cm;
	msg.msg_control = &cm;
	msg.msg_controllen = CONTROL_LEN;

	recvmsg( fd,&msg,0);

	int fd_to_read = *(int *)CMSG_DATA(&cm);
	return fd_to_read;
}
int main()
{
		int pipefd[2];
		int fd_to_pass = 0;//文件描述符的传递值
		/*创建父，子进程间的管道，文件描述符 pipefd[0]和pipefd[1]*/

		int ret = socketpair( PF_UNIX,SOCK_DGRAM,0,pipefd);//管道函数
		assert(ret != -1);

		pid_t pid = fork();
		assert(pid >= 0);

		if(pid == 0)//子进程
		{
				close(pipefd[0]);//?????
				fd_to_pass = open("text.txt",O_RDWR,0666);
				/*子进程通过管道将文件描述符发送到父进程。如果文件text打开失败则子进程将标准输入文件描述符发送到父进程*/
				send_fd( pipefd[1],(fd_to_pass > 0)?fd_to_pass:0);
				close(fd_to_pass);
				exit(0);
		}

		close(pipefd[1]);
		fd_to_pass = recv_fd(pipefd[0]);//父进程从管道接收目标文件描述符
		char buff[128];
		memset(buff,0,sizeof(buff));
		read(fd_to_pass,buff,127);//读目标文件描述符，以验证其有效性
		printf("I Got fd: %d and Data: %s\n",fd_to_pass,buff);
		close(fd_to_pass);
}

结果呈现

函数分析

一：通用I/O函数 recvmsg 和 sendmsg

①函数头文件及函数原型

头文件	#include<sys/socket.h>
接受函数	*ssize_t recvmsg( int sockfd , struct msghdr msg , int flags);**
发送数据	*ssize_t sendmsg( int sockfd , struct msghdr msg , int flags);**

②参数介绍

sockfd	接受或发送端的套接字（文件描述符）
msg	用来指定接收来源或者发送目的的地址。
flags

③struct msghdr结构分析

struct msghdr{
    void             *msg_name;
    socklen_t        msg_namelen;
    struct  iovec    *msg_iov;
    int              msg_iovlen;
    void             *msg_control;
    socklen_t        msg_controllen;

    int              msg_flags;
}

msg_name和msg_namelen	这两个成员主要用于套接字未连接的时间（主要是未连接的UDP套接字），用来指定接受来源或者发送目的的地址。套接字地址及其地址大小，类似recvfrom和sendto的第二个和第三个参数。对于已经连接的套接字，则可以直接将msg_name设置为NULL 和 msg_namelen在recv中为0，在send中为一个值-结果参数。
msg_iov	用于指定数据缓冲区数组，即iovec数组。 iovc结构如下： `#include<sys/uio.h> struct iovec{ void *iov_base; size_t iov_len; }` 这样两者组合成了一个二维数组，并且每个一个数组的长度不是固定的
msg_iovlen	和msg_iov一起用于指定数据缓冲区数组
msg_control 和 msg_controllen	设置辅助数据的位置和大小，辅助数据（ancillary data）也叫控制信息(control information)
flags和msg_flags	在这两个函数中有不同的传递方式。这里不做详细介绍