通过UNIX域套接字传递描述符和 sendmsg/recvmsg 函数
在前面我们介绍了UNIX域套接字编程，更重要的一点是UNIX域套接字可以在同一台主机上各进程之间传递文件描述符。
下面先来看两个函数：
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
它们与sendto 和 recvfrom 函数相似，只不过可以传输更复杂的数据结构，不仅可以传输一般数据，还可以传输额外的数据，即文件描述符。下面来看结构体msghdr ：
struct msghdr {
void *msg_name; /* optional address */
socklen_t msg_namelen; /* size of address */
struct iovec *msg_iov; /* scatter/gather array */
size_t msg_iovlen; /* # elements in msg_iov */
void *msg_control; /* ancillary data, see below */
size_t msg_controllen; /* ancillary data buffer len */
int msg_flags; /* flags on received message */
};
如下图所示：
1、msg_name ：即对等方的地址指针，不关心时设为NULL即可；
2、msg_namelen：地址长度，不关心时设置为0即可；
3、msg_iov：是结构体iovec 的指针。
struct iovec {
void *iov_base; /* Starting address */
size_t iov_len; /* Number of bytes to transfer */
};
成员iov_base 可以认为是传输正常数据时的buf，iov_len 是buf 的大小。
4、msg_iovlen：当有n个iovec 结构体时，此值为n；
5、msg_control：是一个指向cmsghdr 结构体的指针
struct cmsghdr {
socklen_t cmsg_len; /* data byte count, including header */
int cmsg_level; /* originating protocol */
int cmsg_type; /* protocol-specific type */
/* followed by unsigned char cmsg_data[]; */
};
6、msg_controllen ：参见下图，即cmsghdr 结构体可能不止一个；
7、flags ： 一般设置为0即可；
为了对齐，可能存在一些填充字节，跟每个系统的实现有关，但我们不必关心，可以通过一些函数宏来获取相关的值，如下：
#include <sys/socket.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);
下面通过封装两个函数，send_fd 和 recv_fd 来进一步认识这些函数宏的作用：
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void send_fd(int sock_fd, int send_fd)
{ int ret; struct msghdr msg; struct cmsghdr *p_cmsg; struct iovec vec; char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(send_fd))]; int *p_fds; char sendchar = 0; msg.msg_control = cmsgbuf; msg.msg_controllen = sizeof(cmsgbuf); p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg); p_cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET; p_cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS; p_cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(send_fd)); p_fds = (int *)CMSG_DATA(p_cmsg); *p_fds = send_fd; // 通过传递辅助数据的方式传递文件描述符 msg.msg_name = NULL; msg.msg_namelen = 0; msg.msg_iov = &vec; msg.msg_iovlen = 1; //主要目的不是传递数据，故只传1个字符 msg.msg_flags = 0; vec.iov_base = &sendchar; vec.iov_len = sizeof(sendchar); ret = sendmsg(sock_fd, &msg, 0); if (ret != 1) ERR_EXIT("sendmsg"); } int recv_fd(const int sock_fd) { int ret; struct msghdr msg; char recvchar; struct iovec vec; int recv_fd; char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(recv_fd))]; struct cmsghdr *p_cmsg; int *p_fd; vec.iov_base = &recvchar; vec.iov_len = sizeof(recvchar); msg.msg_name = NULL; msg.msg_namelen = 0; msg.msg_iov = &vec; msg.msg_iovlen = 1; msg.msg_control = cmsgbuf; msg.msg_controllen = sizeof(cmsgbuf); msg.msg_flags = 0; p_fd = (int *)CMSG_DATA(CMSG_FIRSTHDR(&msg)); *p_fd = -1; ret = recvmsg(sock_fd, &msg, 0); if (ret != 1) ERR_EXIT("recvmsg"); p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg); if (p_cmsg == NULL) ERR_EXIT("no passed fd"); p_fd = (int *)CMSG_DATA(p_cmsg); recv_fd = *p_fd; if (recv_fd == -1) ERR_EXIT("no passed fd"); return recv_fd; } |
来解释一下send_fd 函数：
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = 0;
msg.msg_iov = &vec;
msg.msg_iovlen = 1; //主要目的不是传递数据，故只传1个字符
msg.msg_flags = 0;
vec.iov_base = &sendchar;
vec.iov_len = sizeof(sendchar);
这几行中需要注意的是我们现在的目的不是传输正常数据，而是为了传递文件描述符，所以只定义一个1字节的char，其余参照前面对参数的解释可以理解。
现在我们只有一个cmsghdr 结构体，把需要传递的文件描述符send_fd 长度，也就是需要传输的额外数据大小，当作参数传给CMSG_SPACE 宏，可以得到整个结构体的大小，包括一些填充字节，如上图所示，也即
char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(send_fd))];
也就可以进一步得出以下两行：
msg.msg_control = cmsgbuf;
msg.msg_controllen = sizeof(cmsgbuf);
接着，需要填充cmsghdr 结构体，传入msghdr 指针，CMSG_FIRSTHDR宏可以得到首个cmsghdr 结构体的指针，即
p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
然后使用指针来填充各字段，如下：
p_cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET;
p_cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS;
p_cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(send_fd));
传入send_fd 的大小，CMSG_LEN宏可以得到cmsg_len 字段的大小。
最后，传入结构体指针 p_cmsg ，宏CMSG_DATA 可以得到准备存放send_fd 的位置指针，将send_fd 放进去，如下：
p_fds = (int*)CMSG_DATA(p_cmsg);
*p_fds = send_fd; // 通过传递辅助数据的方式传递文件描述符
recv_fd 函数就类似了，不再赘述。
可以写个小程序测试一下：
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/************************************************************************* > File Name: uxdomsock_sendfd.c > Author: Simba > Mail: dameng34@163.com > Created Time: Mon 04 Mar 2013 02:01:33 PM CST ************************************************************************/ #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/un.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0) int main(void) { int sockfds[2]; /* 只有unix域协议才能在进程间传递文件描述符，如果想要在没有亲缘关系的进程间 * 传递，则不能用socketpair函数，要用socket()函数 */ if (socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sockfds) < 0) ERR_EXIT("socketpair"); pid_t pid; pid = fork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork"); /* 如果是父进程打开的文件描述符，子进程可以共享 * 这里演示的是子进程打开的文件描述符通过封装的函数传给父进程 */ if (pid > 0) { close(sockfds[1]); int fd = recv_fd(sockfds[0]); char buf[1024] = {0}; read(fd, buf, sizeof(buf)); printf("buf=%s\n", buf); } else if (pid == 0) { close(sockfds[0]); int fd; fd = open("test.txt", O_RDONLY); if (fd == -1); send_fd(sockfds[1], fd); } return 0; } |
我们知道，父进程在fork 之前打开的文件描述符，子进程是可以共享的，但是子进程打开的文件描述符，父进程是不能共享的，上述程序就是举例在子
进程中打开了一个文件描述符，然后通过send_fd 函数将文件描述符传递给父进程，父进程可以通过recv_fd 函数接收到这个文件描述符。先建立一个
文件test.txt 后输入几个字符，然后运行程序，输出如下：
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./uxdomsock_sendfd
buf=ilove
证明父进程确实可以打开test.txt 文件。
最后提醒一点文件，也就是父进程的fd 也指向了file结构体，此file 结构体内的引用计数为2。
参考：
《Linux C 编程一站式学习》
《TCP/IP详解 卷一》
《UNP》
