LINUX进程间传递描述符

1、进程间传递描述符每个进程都拥有自己独立的进程空间，这使得描述符在进程之间的传递变得有点复杂，这个属于高级进程间通信的内容，下面就来说说。顺便把Linux 和Windows平台都讲讲。Linux下的描述符传递Linux系统系下，子进程会自动继承父进程已打开的描述符，实际应用中，可能父进程需要向子进程传递 后打开的描述符”，或者子进程需要向父进程传递；或者两个进程可能是无关的，显然这需要一套传递机制。简单的说，首先需要在这两个进程之间建立一个Unix域套接字接口作为消息传递的通道（ Linux 系统上使用socketpair函数可以很方面便的建立起传递通道），然后发送进程调用sendmsg向通道发

2、送一个特殊的消息，内核将对这个消息做特殊处理，从而将打开的描述符传递到接收进程。然后接收方调用recvmsg从通道接收消息，从而得到打开的描述符。然而实际操作起来并不像看起来那 样单纯。先来看几个注意点：1需要注意的是传递描述符并不是传递一个int型的描述符编号，而是在接收进程中创建一个新的描述符，并且在内核的文件表中，它与发送进程发送的描述符指向相同的项。2在进程之间可以传递任意类型的描述符，比如可以是pipe ， open ， mkfifo 或socket ， accept 等函数返回的描述符，而不限于套接字。3 一个描述符在传递过程中 （从调用sendmsg发送到调用recvmsg接收）

3、，内核会将其标记为 在飞行中气in flight ）。在这段时间内，即使发送方试图关闭该描述符，内核仍会为接收进程保持打开状态。发送描述符会 使其引用计数加1。4描述符是通过辅助数据发送的（结构体msghdr的msg_control成员），在发送和接收描述符时，总是发送 至少1个字节的数据，即使这个数据没有任何实际意义。 否则当接收返回0时，接收方将不能区分这意味着 没 有数据”（但辅助数据可能有套接字）还是 文件结束符”。5具体实现时，msghdr的msg_control 缓冲区必须与cmghdr结构对齐，可以看到后面代码的实现使用了一 个union 结构来保证这一点。msghdr 和 cm

4、sghdr 结构体上面说过，描述符是通过结构体 msghdr的msg_control成员送的，因此在继续向下进行之前，有必要了解一下msghdr 和cmsghdr 结构体，先来看看 msghdr 。struct msghdr void *msg_name;socklen_t msg_namelen;struct iovec *msg_iov; size_t msg_iovlen; void *msg_control;size_t msg_controllen;intmsg_flags;结构成员可以分为下面的四组，这样看起来就清晰多了：1 套接口地址成员 msg_name 与 msg_namel

5、en ；只有当通道是数据报套接口时才需要；msg_name指向要发送或是接收信息的套接口地址。msg_namelen指明了这个套接口地址的长度。msg_name在调用recvmsg 时指向接收地址， 在调用sendmsg时指向目的地址。 注意，msg_name定义为一个 （void *）数据类型，因此并不需要将套接口地址显示转换为（struct sockaddr *）。2 I/O 向量引用 msg_iov 与 msg_iovlen它是实际的数据缓冲区，从下面的代码能看到，我们的1个字节就交给了它；这个msg_iovlen 是msg_iov的个数，不是什么长度。msg_iov成员指向一个 str

6、uct iovec 数组，iovc 结构体在sys/uio.h头文件定义，它没有什么特别的struct iovec ptr_t iov_base; /* Starting address */size_t iov_len; /* Length in bytes */； _ _有了 iovec，就可以使用readv和writev函数在一次函数调用中读取或是写入多个缓冲区，显然比多次read ， write 更有效率。readv 和writev的函数原型如下：#include int readv(int fd, const struct iovec *vector, int count);int

7、writev(int fd, const struct iovec *vector, int count);3附属数据缓冲区成员msg_control 与msg_controllen，描述符就是通过它发送的，后面将会看到，msg_control指向附属数据缓冲区，而msg_controllen指明了缓冲区大小。4接收信息标记位msg_flags ；忽略轮到cmsghdr结构了，附属信息可以包括若干个单独的附属数据对象。在每一个对象之前都有一个struct cmsghdr结构。头部之后是填充字节，然后是对象本身。最后，附属数据对象之后，下一个cmsghdr之前也许要有更多的填充字节。struct

8、 cmsghdr socklen_t cmsg_len;int cmsg_level;int cmsg_type;/* u_char cmsg_data; */;cmsg_len附属数据的字节数，这包含结构头的尺寸，这个值是由CMSG_LEN()宏计算的；cmsg_level 表明了原始的协议级别(例如，SOL_SOCKET);cmsg_type 表明了控制信息类型(例如，SCM_RIGHTS,附属数据对象是文件描述符；SCM_CREDENTIALS附属数据对象是一个包含证书信息的结构)；被注释的cmsg_data用来指明实际的附属数据的位置，帮助理解。对于 cmsgevel 和 cmsg_t

9、ype ，当下我们只关心 SOL_SOCKET和 SCM_RIGHTS。协议cmsg levelcmsg type说明TCPSOL_SOCKETSCM_RIGHTS SCM CREDS发送/接必描述符，转交控制权 发送/接收用户凭证IPv4IPPROTO_IPIP_RECVDSTADDR IP RECVIF随UDP数据报接收宿地址 随UPD数据报接收接口索引IPv6IPPROTO_IPV6IPV6-DSTOPTS IPV6-HOPLIMIT IPV6-HOPOPTS IPV6-NEXTHOP IPV6-PKTINFO IPV6-RTHDR IPV6-TCLASS指定/接收目的地址选项 指定/接

10、收跳限指定/接收步跳选项 指定下一跳地址指定/接收分组信息 指定/接收接收路由头部 指定/接收分组流通类别msghdr 和 cmsghdr 辅助宏这些结构还是挺复杂的， Linux 系统提供了一系列的宏来简化我们的工作， 这些宏可以在不同的 UNIX 平台之 间进行移植。这些宏是由 cmsg(3) 的 man 手册页描述的，先来认识一下：#include struct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr *msgh);struct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *msgh, struct cmsghdr *cmsg)

11、;size_t CMSG_ALIGN(size_t length);size_t CMSG_SPACE(size_t length);size_t CMSG_LEN(size_t length);void *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cmsg);CMSG_LEN()宏输入参数：附属数据缓冲区中的对象大小；计算 cmsghdr 头结构加上附属数据大小， 包括必要的对其字段， 这个值用来设置 cmsghdr 对象的 cmsg_len 成 员。CMSG_SPACE(宏输入参数：附属数据缓冲区中的对象大小；计算 cmsghdr 头结构加上附属数据大小， 并包括对其字段和可能的

12、结尾填充字符， 注意 CMSG_LEN() 值并不包 括可能的结尾填充字符。CMSG_SPACE()宏对于确定所需的缓冲区尺寸是十分有用的。注意如果在缓冲区中有多个附属数据，一定要同时添加多个CMSG_SPACE()宏调用来得到所需的总空间。下面的例子反映了二者的区别：printf(CMSG_SPACE(sizeof(short)=%d/n, CMSG_SPACE(sizeof(short); /返回16printf(CMSG_LEN(sizeof(short)=%d/n, CMSG_LEN(sizeof(short); /返回14CMSG_DATA(宏输入参数：指向 cmsghdr 结构的指

13、针 ;返回跟随在头部以及填充字节之后的附属数据的第一个字节 ( 如果存在 ) 的地址，比如传递描述符时，代码 将是如下的形式：struct cmsgptr *cmptr;int fd = *(int *)CMSG_DATA(cmptr); /发送： *(int *)CMSG_DATA(cmptr) = fd;CMSG_FIRSTHDR(宏输入参数：指向 struct msghdr 结构的指针；返回指向附属数据缓冲区内的第一个附属对象的struct cmsghdr指针。如果不存在附属数据对象则返回的指针值为 NULL 。CMSG_NXTHDR宏输入参数：指向 struct msghdr 结构的指

14、针，指向当前 struct cmsghdr 的指针； 这个用于返回下一个附属数据对象的 struct cmsghdr 指针，如果没有下一个附属数据对象，这个宏就会返回 NULL 。通过这两个宏可以很容易遍历所有的附属数据，像下面的形式：struct msghdr msgh;struct cmsghdr *cmsg;for (cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msgh); cmsg != NULL;cmsg = CMSG_NXTHDR(&msgh,cmsg) / 得到了 cmmsg就能通过CMSG_DATA宏取得辅助数据了函数 sendmsg 和 recvmsg函数原型如下：#incl

15、ude #include int sendmsg(int s, const struct msghdr *msg, unsigned int flags);int recvmsg(int s, struct msghdr *msg, unsigned int flags);二者的参数说明如下：s,套接字通道，对于 sendmsg是发送套接字，对于recvmsg则对应于接收套接字； msg，信息头结构指针；flags ，可选的标记位，这与send或是sendto 函数调用的标记相同。函数的返回值为实际发送 /接收的字节数。否则返回-1表明发生了错误。具体参考APUE的高级I/O 部分，介绍的很详

16、细。好了准备工作已经做完了，下面就准备进入正题。发送描述符经过了前面的准备工作，是时候发送描述符了，先来看看函数原型：int write_fd(int fd, void *ptr, int nbytes, int sendfd);参数说明如下：fd :发送TCP套接字接口；这个可以是使用socketpair返回的发送套接字接口ptr :发送数据的缓冲区指针；nbytes :发送的字节数；sendfd :向接收进程发送的描述符；函数返回值为写入的字节数，cmsgen = CMSG_LEN(sizeof(int);/ fd 类型是 int，设置长度cmptr-cmsgevel = SOL_SOCK

17、ET;cmptr-cmsg_type = SCM_RIGHTS; / 指明发送的是描述符*(int*)CMSG_DATA(cmptr) = sendfd;/ 把fd 写入辅助数据中#elsemsg.msg_accrights = (caddr_t )&sendfd;/ 这个旧的更方便啊msg.msg_accrightslen = sizeof(int);#endif/ UDP 才需要，无视msg.msg_name = NULL;msg.msg_namelen = 0;/别忘了设置数据缓冲区，实际上1个字节就够了iov0.iov_base = ptr;iov0.iov_len = nbytes;

18、msg.msg_iov = iov;msg.msg_iovlen = 1;return sendmsg(fd, &msg, 0);接收描述符发送方准备好之后，接收方准备接收，函数原型为：int read_fd(int fd, void *ptr, int nbytes, int *recvfd);参数说明如下：fd :接收TCP套接字接口；这个可以是使用socketpair返回的接收套接字接口ptr :接收数据的缓冲区指针；nbytes :接收缓冲区大小；recvfd :用来接收发送进程发送来的描述符；函数返回值为读取的字节数，0说明读取失败；接收函数代码如下，相比发送要复杂一些。int re

19、ad_fd(int fd, void *ptr, int nbytes, int *recvfd)-struct msghdr msg;struct iovec iov1;int n;int newfd;#ifdef HAVE_MSGHDR_MSG_CONTROLunion / 对齐struct cmsghdr cm;char control CMSG_SPACE(sizeof(int);control_un;struct cmsghdr *cmptr;/设置辅助数据缓冲区和长度msg.msg_control = control_un.control;msg.msg_controllen =

20、sizeof(control_un.control);#elsemsg.msg_accrights = (caddr_t) &newfd;/ 这个简单msg.msg_accrightslen = sizeof(int);#endif/ TCP 无视msg.msg_name = NULL;msg.msg_namelen = 0;/设置数据缓冲区iov0.iov_base = ptr;iov0.iov_len = nbytes; msg.msg_iov = iov;msg.msg_iovlen = 1;/设置结束，准备接收if(n = recvmsg(fd, &msg, 0) cmsgen = C

21、MSG_LEN(sizeof(int) /还是必要的检查if(cmptr-cmsgevel != SOL_SOCKET)printf(control level != SOL_SOCKET/n);exit(-1);if(cmptr-cmsg_type != SCM_RIGHTS)printf(control type != SCM_RIGHTS/n);exit(-1);/好了，描述符在这*recvfd = /*fd send.c*/* bailing, 2009/08/14* passing decriptorusing unix domain socket + sendmsg/recvmsg

22、(int*)CMSG_DATA(cmptr);elseif(cmptr = NULL) printf(null cmptr, fd not passed./n);else printf(message len%d if incorrect./n, cmptr-cmsg_len);*recvfd = -1;/ descriptor was not passed#elseif(msg.msg_accrightslen = sizeof(int) *recvfd = newfd;else *recvfd = -1;#endifreturn n;实例：UNIX域Socket的使用：fd_recv.c,

23、 fd_send.c。实现进程间传递文件描述符。?fd_send.c将生成一个fd，并通过UNIX域协议发送。 ?fd_recv.c 将接收fd_send.c生成的fd，并往里面输入*/ #include #include #include #include #include #include #include #include #include static struct sockaddr_un addr = 0;static int create_usockfd(char* path) int sockfd;addr.sun_family = AF_UNIX; strcpy(addr.su

24、n_path, path);sockfd = socket(PF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0); if(sockfd = -1)printf(create unix sockfd failed, %d, %sn, errno, strerror(errno); return 0; else printf(create unix sockfd okn);return sockfd;static int send_fd(int sockfd, int fd)struct msghdr msg = 0; char ccmsgCMSG_SPACE(sizeof(fd);struct cms

25、ghdr* cmsg;int rv;msg.msg_name = (struct sockaddr*)&addr; msg.msg_namelen = sizeof(addr);msg.msg_control = ccmsg; msg.msg_controllen = sizeof(ccmsg);cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg); cmsg-cmsg_level =SOL_SOCKE; Tcmsg-cmsg_type =SCM_RIGHTS;cmsg-cmsg_len = CMSG_LENsi(zeof(fd);*(int*)CMSG_DATA(cmsg) = fd; ms

26、g.msg_control = ccmsg; msg.msg_controllen = cmsg-cmsg_len; msg.msg_flags = 0;printf(sendmsg to %dn, sockfd);rv = (sendmsg(sockfd, &msg, 0) != -1);if(Mprintf(sendmsg ok, fd is %dn, fd);close(fd);elseprintf(sendmsg failed, %d, %sn, errno, strerror(errno);return rv;int main()static char/* bailing, 2009

27、/08/14* passing decriptor* using unix domain socket + sendmsg/recvmsg*/#include #include #include #include #include #include #include static int create_usockfd(char* path) -struct sockaddr_un addr = 0;int opt = 1;int fd;addr.sun_family = AF_UNIX;unlink(path);strcpy(addr.sun_path, path);fd = socket(PF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);if(bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) path = /tmp/s