在 Linux 上實現基於 Socket 的多進程即時通訊

在 Linux 上實現基於 Socket 的多進程即時通訊

周欣 (jones_zhou@yahoo.com.cn),
軟體工程師

簡介： 套介面（Socket）為目前 Linux 上最為廣泛使用的一種的處理序間通訊機制。但是它不能直接用來多進程之間的相互即時通訊。本文提出一個基於 Socket 的多進程之間通訊的實現方法，並給出樣本程式的實現和說明。

本文的標籤：  linux, socket, 上實現基於, 在,
的多進程即時通訊

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發布日期： 2005 年 3 月 01 日
層級： 初級
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套介面（Socket）為目前Linux上最為廣泛使用的一種的處理序間通訊機制，與其他的Linux通訊機制不同之處在於除了它可用於單機內的處理序間通訊以外，還可用於不同機器之間的處理序間通訊。但是由於Socket本身不支援同時等待和逾時處理，所以它不能直接用來多進程之間的相互即時通訊。

本文提出一個基於Socket的多進程之間通訊的實現方法。原理是建立一個進程專門用來做為通訊伺服器(server)來中轉各個進程之間的通訊。它首先啟動一個用來監視串連要求的listening Socket，並把它的描述（Descriptor）號加入到一個事先定義好的fd_set的集合中，這個fd_set的集合用來存放listening Socket和後來產生的通訊Socket的描述號。Server運用system call select來即時檢查是否有資料到達這個集合中的任何一個socket,如果有資料到達listening
Socket，則這一定是用戶端發起的串連請求，於是產生一個新的通訊Socket與該用戶端串連，將產生的Socket描述號加入到fd_set的集合中，將用戶端的ID號和與之對應的Socket的描述號記錄在ID登記表中。如果有資料到達某個通訊Socket，則這一定是某個用戶端發起的通訊請求，讀出資料並取出收信用戶端ID號，在ID登記表中找到與之對應的Socket描述號，將資料通過對應Socket傳送到收信用戶端。

其他各進程作為用戶端(client)。用戶端的動作是首先建立通訊Socket串連伺服器端，然後通過通訊Socket進行送信和收信。

下面給出具體的程式實現和說明，

首先給出Server端的程式，在這裡假設有兩個用戶端要進行即時通訊，ClientA向ClientB發送字元1，ClientB向ClientA發送字元2。

#include  <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <sys/un.h>#include <sys/time.h>#include <sys/ioctl.h>#include <unistd.h>#include <netinet/in.h>int main(){    int        rcd ;    struct sockaddr_un  server_sockaddr ;    int        backlog ;    ushort        ci ;    int        watch_fd_list[3] ;    fd_set        catch_fd_set ;    fd_set        watchset ;    int    new_cli_fd ;    int   maxfd;    int    socklen ,server_len;    struct sockaddr_un  cli_sockaddr ;    struct    {        char  module_id ;  /* Module ID    */        int  cli_sock_fd ;  /* Socket ID    */    } cli_info_t[2] ;    for (ci=0; ci<=1; ci++)        cli_info_t[ci].cli_sock_fd=-1;    for (ci=0; ci<=2; ci++)        watch_fd_list[ci]=-1;    int server_sockfd,client_sockfd;    server_sockfd = socket( AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0 ) ;    server_sockaddr.sun_family = AF_UNIX ;    strcpy( server_sockaddr.sun_path, "server_socket" ) ;    server_len=sizeof(server_sockaddr);    rcd = bind( server_sockfd, ( struct sockaddr * )&server_sockaddr, server_len ) ;    backlog = 5 ;    rcd = listen( server_sockfd, backlog ) ;    printf("SERVER::Server is  waitting on socket=%d \n",server_sockfd);    watch_fd_list[0]=server_sockfd;    FD_ZERO( &watchset ) ;    FD_SET( server_sockfd, &watchset ) ;    maxfd=watch_fd_list[0];

在上面的程式中，Server產生listening Socket（server_sockfd）,初始化Socket監視集合（watchset），並將listening Socket放入Socket監視集合中。

    while (1)    {        char ch;        int fd;        int nread;        catch_fd_set=watchset;        rcd = select( maxfd+1, &catch_fd_set, NULL, NULL, (struct timeval *)0 ) ;

在上面的程式中，Server運用系統調用函數 select來即時檢查是否有資料到達Socket監視集合中的任何一個socket。

        if ( rcd < 0 )        {            printf("SERVER::Server 5 \n");            exit(1);        }        if ( FD_ISSET( server_sockfd, &catch_fd_set ) )        {            socklen = sizeof( cli_sockaddr ) ;            new_cli_fd = accept( server_sockfd, ( struct sockaddr * )                                 &( cli_sockaddr ), &socklen ) ;            printf(" SERVER::open communication with  Client %s on socket %d\n",                   cli_sockaddr.sun_path,new_cli_fd);            for (ci=1; ci<=2; ci++)            {                if(watch_fd_list[ci] != -1) continue;                else                {                    watch_fd_list[ci] = new_cli_fd;                    break;                }            }            FD_SET(new_cli_fd , &watchset ) ;            if ( maxfd < new_cli_fd )            {                maxfd = new_cli_fd ;            }            for ( ci=0; ci<=1; ci++)            {                if(cli_info_t[ci].cli_sock_fd == -1)                {                    cli_info_t[ci].module_id=cli_sockaddr.sun_path[0];                    cli_info_t[ci].cli_sock_fd=new_cli_fd;                    break;                }            }            continue;        }

在上面的程式中，Server運用系統調用函數FD_ISSET來檢查是否有用戶端的串連請求到達Listening Socket, 如果傳回值大於0，Server產生一個新的通訊Socket （new_cli_fd）與用戶端串連。將新產生的通訊Socket放入Socket監視集合中（FD_SET）。將用戶端的資訊（ID號和Socket描述號）儲存在註冊表cli_info_t中

        for ( ci = 1; ci<=2 ; ci++ )        {            int      dst_fd = -1 ;            char      dst_module_id;            char       src_module_id;            int    i;            if (watch_fd_list[ ci ]==-1) continue;            if ( !FD_ISSET( watch_fd_list[ ci ], &catch_fd_set ) )            {                continue ;            }            ioctl(watch_fd_list[ ci ],FIONREAD,&nread);            if (nread==0)            {                continue;            }            read( watch_fd_list[ ci ], &dst_module_id, 1 ) ;            for (i=0; i<=1; i++)            {                if(cli_info_t[i].module_id == dst_module_id)                    dst_fd=  cli_info_t[i].cli_sock_fd;                if(cli_info_t[i].cli_sock_fd==watch_fd_list[ ci ])                    src_module_id=  cli_info_t[i].module_id;            }            read( watch_fd_list[ ci ], &ch, 1 ) ;            printf("SERVER::char=%c to  Client %c on socket%d\n",ch, dst_module_id,dst_fd);            write(dst_fd,&src_module_id, 1 ) ;            write(dst_fd,&ch, 1 ) ;        }    }}

在上面的程式中，如果有資料到達某個通訊Socket，Server則讀出資料並取出收信用戶端ID號。在ID登記表中找到收信用戶端對應的Socket描述號。並將資料通過對應Socket傳送到收信用戶端

給出用戶端 ClientA的程式

ClientB的程式只需將 char dst_module_id='B'; 改為char dst_module_id='A';char ch='1'; 改為char char ch='2';既可。

#include  <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <sys/un.h>#include <unistd.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>int main(){    int client_sockfd;    int len;    struct sockaddr_un server_sockaddr,cli_sockaddr;    int result;    char dst_module_id='B';    char ch='1';    char src_module_id;    client_sockfd= socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0);    cli_sockaddr.sun_family = AF_UNIX ;    strcpy( cli_sockaddr.sun_path, "A" ) ;    bind(client_sockfd,(struct sockaddr * )&cli_sockaddr, sizeof( cli_sockaddr ) ) ;    server_sockaddr.sun_family=AF_UNIX;    strcpy( server_sockaddr.sun_path, "server_socket" ) ;    len=sizeof(server_sockaddr);    result = connect(client_sockfd,( struct sockaddr * )&server_sockaddr,len);    if (result <0)    {        printf("ClientA::error on connecting \n");        exit(1);    }    printf("ClientA::succeed in connecting with server\n");    sleep(10);    write(client_sockfd,&dst_module_id,1);    write(client_sockfd,&ch,1);    read (client_sockfd,&src_module_id,1);    read (client_sockfd,&ch,1);    printf("ClientA::char from  Client %c =%c\n", src_module_id,ch);    close (client_sockfd);}

下面是樣本程式的執行結果

[root@zhou test]# ./server &[3] 4301[root@zhou test]# SERVER::Server is  waitting on socket=3./clientA & ./clientB &[4] 4302[5] 4303ClientA::succeed in connecting with server SERVER::open communication with  Client A on socket 4[root@zhou test]#  SERVER::open communication with  Client B on socket 5ClientB::succeed in connecting with serverSERVER::char=1 to  Client B on socket5ClientB::char from  Client A =1SERVER::char=2 to  Client A on socket4ClientA::char from  Client B =2

程式清單下載：server.c,clientA.c

關於作者

周欣，北京郵電大學電腦系碩士畢業, 現在日本從事軟體開發，通過
jones_zhou@yahoo.com.cn 可以和他聯絡。

轉載自http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-socket-ipc/index.html