linux網路編程之socket（十六）：通過UNIX域通訊端傳遞描述符和 sendmsg/recvmsg 函數

在前面我們介紹了UNIX域通訊端編程，更重要的一點是UNIX域通訊端可以在同一台主機上各進程之間傳遞檔案描述符。

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，只不過可以傳輸更複雜的資料結構，不僅可以傳輸一般資料，還可以傳輸額外的資料，即檔案描述符。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 */
           };

如所示：

1、msg_name ：即對等方的地址指標，不關心時設為NULL即可；

2、msg_namelen：地址長度，不關心時設定為0即可；

3、msg_iov：是結構體iovec 的指標。   

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資料時的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 結構體的指標

  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，即cmsghdr 結構體可能不止一個；

7、flags ： 一般設定為0即可；

為了對齊，可能存在一些填充位元組，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擷取相關的值，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：

 C++ Code 

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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; // 通過傳遞輔助資料的方式傳遞檔案描述符     msg.msg_name = NULL;     msg.msg_namelen = 0;     msg.msg_iov = &vec;     msg.msg_iovlen = 1; //主要目的不是傳遞資料，故只傳1個字元     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; //主要目的不是傳遞資料，故只傳1個字元
    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資料，而是為了傳遞檔案描述符，所以只定義一個1位元組的char，其餘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，把需要傳遞的檔案描述符send_fd 長度，也就是需要傳輸的額外資料大小，當作參數傳給CMSG_SPACE 宏，可以得到整個結構體的大小，包括一些填充位元組，如所示，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 指標，CMSG_FIRSTHDR宏可以得到首個cmsghdr 結構體的指標，即

   p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);

然後使用指標來填充各欄位，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 欄位的大小。

最後，傳入結構體指標 p_cmsg ，宏CMSG_DATA 可以得到準備存放send_fd 的位置指標，將send_fd 放進去，如下：

  p_fds = (int*)CMSG_DATA(p_cmsg);
    *p_fds = send_fd; // 通過傳遞輔助資料的方式傳遞檔案描述符

recv_fd 函數就類似了，不再贅述。

可以寫個小程式測試一下：

 C++ Code 

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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域協議才能在進程間傳遞檔案描述符，如果想要在沒有親緣關係的進程間      * 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");     /* 如果是父進程開啟的檔案描述符，子進程可以共用      * 這裡示範的是子進程開啟的檔案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 之前開啟的檔案描述符，子進程是可以共用的，但是子進程開啟的檔案描述符，父進程是不能共用的，上述程式就是舉例在子進程中開啟了一個檔案描述符，然後通過send_fd 函數將檔案描述符傳遞給父進程，父進程可以通過recv_fd 函數接收到這個檔案描述符。先建立一個檔案test.txt 後輸入幾個字元，然後運行程式，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開啟test.txt 檔案。

最後提醒一點，只有unix域協議才能在本機進程間傳遞檔案描述符，如果想要在沒有親緣關係的進程間傳遞，則不能用socketpair函數，要用socket()函數 才行。

參考：

《Linux C 編程一站式學習》

《TCP/IP詳解 卷一》

《UNP》