通過UNIX域套接字傳遞描述符和 sendmsg/recvmsg 函數
在前面我們介紹了UNIX域套接字編程，更重要的一點是UNIX域套接字可以在同一台主機上各進程之間傳遞文件描述符。
下面先來看兩個函數：
#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);
它們與sendto 和 recvfrom 函數相似，只不過可以傳輸 更復雜的數據結構，不僅可以傳輸一般數據，還可以傳輸額外的數據，即文件描述符。下面來看結構體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 */
};
如下圖所示：
1、msg_name ： 即對等方的地址指針，不關心時設為NULL即可；
2、msg_namelen：地址長度，不關心時設置為0即可；
3、 msg_iov：是結構體iovec 的指針。
struct iovec {
void *iov_base; /* Starting address */
size_t iov_len; /* Number of bytes to transfer */
};
成員iov_base 可以認為是傳輸正常數據時的buf，iov_len 是buf 的大小。
4、msg_iovlen：當有n個 iovec 結構體時，此值為n；
5、msg_control：是一個指向cmsghdr 結構體的指針
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 ：參見下圖，即cmsghdr 結構體可能不止一個；
7、flags ： 一般設置為0即可；
為了對齊，可能存在一些填充字節，跟每個系統的實現有關，但我們不必關心，可以通過一些函數宏來獲取相關的值， 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);
下面通過封裝兩個函數，send_fd 和 recv_fd 來進一步認識這些函數宏 的作用：
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; // 通過傳遞輔助數據的方式傳遞文件描述符
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = 0;
msg.msg_iov = &vec;
msg.msg_iovlen = 1; //主要目的不是傳遞數據，故只傳1個字符
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;
}
來解釋一下send_fd 函數：
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = 0;
msg.msg_iov = &vec;
msg.msg_iovlen = 1; //主要目的不是傳遞數據，故只傳1個字符
msg.msg_flags = 0;
vec.iov_base = &sendchar;
vec.iov_len = sizeof(sendchar);
這幾行中需要注意的是我們現在的目的不是傳輸正常數據，而是為了傳遞文件描述符，所以只定 義一個1字節的char，其余參照前面對參數的解釋可以理解。
現在我們只有一個cmsghdr 結構體，把需要傳遞的文件 描述符send_fd 長度，也就是需要傳輸的額外數據大小，當作參數傳給CMSG_SPACE 宏，可以得到整個結構體的大小，包括 一些填充字節，如上圖所示，也即
char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(send_fd))];
也就可以進一步得出以 下兩行：
msg.msg_control = cmsgbuf;
msg.msg_controllen = sizeof(cmsgbuf);
接著，需要填充 cmsghdr 結構體，傳入msghdr 指針，CMSG_FIRSTHDR宏可以得到首個cmsghdr 結構體的指針，即
p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
然後使用指針來填充各字段，如下：
p_cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET;
p_cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS;
p_cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(send_fd));
傳入send_fd 的大小，CMSG_LEN宏可以得到cmsg_len 字段的大小。
最後，傳 入結構體指針 p_cmsg ，宏CMSG_DATA 可以得到准備存放send_fd 的位置指針，將send_fd 放進去，如下：
p_fds = (int*)CMSG_DATA(p_cmsg);
*p_fds = send_fd; // 通過傳遞輔助數據的方式傳遞文件描 述符
recv_fd 函數就類似了，不再贅述。
可以寫個小程序測試一下：
/*************************************************************************
> File Name: uxdomsock_sendfd.c
> Author: Simba
> Mail: [email protected]
> 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域協議才能在進程間傳遞文件描述符，如果想要在沒有親緣關系的進程間
* 傳遞，則不能用socketpair函數，要用socket()函數 */
if (socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sockfds) < 0)
ERR_EXIT("socketpair");
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid == -1)
ERR_EXIT("fork");
/* 如果是父進程打開的文件描述符，子進程可以共享
* 這裡演示的是子進程打開的文件描述符通過封裝的函數傳給父進程 */
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;
}
我們知道，父進程在fork 之前打開的文件描述符，子進程是可以共享的，但是子進程打開的文件描述符，父進程是不能 共享的，上述程序就是舉例在子進程中打開了一個文件描述符，然後通過send_fd 函數將文件描述符傳遞給父進程，父進程 可以通過recv_fd 函數接收到這個文件描述符。先建立一個文件test.txt 後輸入幾個字符，然後運行程序，輸出如下：
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./uxdomsock_sendfd
buf=ilove
證 明父進程確實可以打開test.txt 文件。
最後提醒一點，只有unix域協議才能在本機進程間傳遞文件描述符，如果想 要在沒有親緣關系的進程間傳遞，則不能用socketpair函數，要用socket()函數 才行。
