linux网络编程之socket编程(十六)

继续学习socket编程，今天的内容会有些难以理解，一步步来分解，也就不难了，正入正题：

 

实际上sockpair有点像之前linux系统编程中学习的pipe匿名管道，匿名管道它是半双工的，只能用于亲缘关系的进程间进行通信，也就是说父子进程或兄弟进程间进行通讯，因为它是没有名称的，父子进程可以通过共享描述符的方式来进行通信，子进程继承了父进程的文件描述符，从而达到了通信的目的。而今天学习的sockpair是一个全双工的流管道，其它也一样，也只能用于父子进程或亲缘关系之间进行通讯，所以其中sv套接字对就很容易理解了，但是跟pipe有些区别，先来回顾下pipe:

其中的fd也是套接字对，一端表示读，一端表示写，而sockpair中的sv[0]、sv[1]两端分别既可以表示读端，也可以表示写端。

认识了sockpair函数原形，下面用程序来说明它的用法：

首先创业一个套接字对:

由于它也是只能用于父子进程或亲缘关系之间进行通讯，所以需要fork进程出来：

下面就来实现父子进程进行通讯:

而对于子进程而言，代码基本类似：

编译运行看结果：

从结果运行来看，通过sockpair就完成了全双工的通讯。

学习这两个函数的目的，是为了通过UNIX域协议如何传递文件描述字，关于这个函数的使用会比较复杂，需慢慢理解。

首先来查看一下man帮助：

其中第二个参数是msghdr结构体，所以有必要来研究一下这个结构体：

哇，这个结构体貌似挺复杂的，下面一一来熟悉其字段含义：

这时，需要来看另外一个函数了，该结构体在其中有介绍到：

那怎么理解该参数呢？这个需要从send函数来分析：

所以iovec结构体的字段就可以从send的这两个参数来理解：

并且，可以发现：

下面来看一个示意图：

从上面示意图中可以发现，如果用sendmsg函数，就可以发送多个缓冲区的数据了，而如果用send只能发送一个缓冲区，所以从这也可以看出sendmsg的强大。

如果说要传递文件描述字，还需要发送一些辅助的数据，这些辅助数据是一些控制信息，也就是下面这些参数：

而其中msg_control是指向一个结构体，那它长啥样呢？需要从另外一个函数的帮助文档中得知:

那具体属性的含议是啥呢？

实际上，在填充这些数据的时候，并没有这么简单，它还会按照一定的方式来进行对齐，接下来再来看另外一个示意图---辅助数据的示意图：

其中可以看到定义了一些宏，这是由于:

所以，下面来认识一下这些宏定义：

其中"size_t CMSG_SPACE(size_t length)"，结合图来说明就是：

大致了解了以上这些数据结构，下面则可以开始编写代码来传递描述字了，但是代码会比较复杂，可以一步步来理解，下面开始。

实际上，就是能过以下两个函数来封装发送和接收文件描述字的功能，如下：

首先封装发送文件描述字的方法：

下面一步步来实现该函数，首先准备第二个参数：

所以，先声明一个该结构体：

接下来填充里面的各个字段，还是看图说话：

所以：

接下来指定缓冲区：

最后则要准备辅助数据了，因为我们是发送文件描述字，这也是最关键的：

所以msg_control需要指向一个辅助数据的缓冲区，其大小根据发送的文件描述符来获得，如下：

接下来，则需要准备缓冲区中cmsghdr中的数据，也就是发送文件描述字主要是靠它：

另外关于数据的填充我们不需要关心，因为都是用系统提供的宏来操作数据的，当所有的数据都准备好之后，下面则可以开始发送了：

接下来，则需要封装一个接收文件描述字的函数了，由于怎么发送文件描述字已经很明白了，所以接收也就很简单了，基本类似，这里面就不一一进行说明了：

以上发送和接收文件描述字的函数都已经封装好了，接下来利用这两个函数来实现文件描述字的真正传递实验，实验的思路是这样：如果父进程打开了一个文件描述字，再fork()时，子进程是能共享父进程的文件描述字的，也就是只要在fork()之前，打开文件描述字，子进程就能共享它；但是当fork()进程之后，如果一个子进程打开一个文件描述字，父进程是无法共享获取的，所以，这里就可以利用这个原理，来将文件描述字从子进程传递给父进程，还是用sockpair函数，具体如下：

下面编译运行看一下效果：

另外，文件描述字的传递，只能通过UNIX域协议的套接字，当前是利用了sockpair函数来实现了父子进程文件描述字的传递，而如果要实现不相关的两个进程之间传递，就不能用socketpair了，就得用上一节中介绍的UNIX域套接字来进行传递，而普通的TCP套接字是不能传递文件描述字的，这个是需要明白了。

最后贴出代码：

send_fd.c:

#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)


void send_fd(int sock_fd, int send_fd)
{
    struct msghdr msg;
    struct iovec vec;
    struct cmsghdr *p_cmsg;

    char sendchar = 0;
    vec.iov_base = &sendchar;
    vec.iov_len = sizeof(sendchar);

    msg.msg_name = NULL;
    msg.msg_namelen = 0;
    msg.msg_iov = &vec;
    msg.msg_iovlen = 1;

    char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(send_fd))];

    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));
    int *p_fds;
    p_fds = (int*)CMSG_DATA(p_cmsg);
    *p_fds = send_fd;

    int ret;
    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;
}

int main(void)
{
    int sockfds[2];

    if (socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sockfds) < 0)
        ERR_EXIT("socketpair");

    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1)
        ERR_EXIT("fork");

    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;
}

今天学的东西有点复杂，主要是得搞清楚其结构体的填充，对照着示意图来其实也不难，需要好好消化，下节再见~~