linux网络编程之socket（十六）：通过UNIX域套接字传递描述符和 sendmsg/recvmsg 函数
linux网络编程之socket（十六）：通过UNIX域套接字传递描述符和 sendmsg/recvmsg 函数
在前面我们介绍了UNIX域套接字编程，更重要的一点是UNIX域套接字可以在同一台主机上各进程之间传递文件描述符。
下面先来看两个函数：
#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);
它们与sendto 和 recvfrom 函数相似，只不过可以传输更复杂的数据结构，不仅可以传输一般数据，还可以传输额外的数据，即文件描述符。下面来看结构体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 */ };
如下图所示：
1、msg_name ：即对等方的地址指针，不关心时设为NULL即可；
2、msg_namelen：地址长度，不关心时设置为0即可；
3、msg_iov：是结构体iovec 的指针。
struct iovec { void *iov_base; /* Starting address */ size_t iov_len; /* Number of bytes to transfer */ };
成员iov_base 可以认为是传输正常数据时的buf，iov_len 是buf 的大小。
4、msg_iovlen：当有n个iovec 结构体时，此值为n；
5、msg_control：是一个指向cmsghdr 结构体的指针
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 ：参见下图，即cmsghdr 结构体可能不止一个；
7、flags ： 一般设置为0即可；
为了对齐，可能存在一些填充字节，跟每个系统的实现有关，但我们不必关心，可以通过一些函数宏来获取相关的值，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);
下面通过封装两个函数，send_fd 和 recv_fd 来进一步认识这些函数宏的作用：
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; // 通过传递辅助数据的方式传递文件描述符
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = 0;
msg.msg_iov = &vec;
msg.msg_iovlen = 1; //主要目的不是传递数据，故只传1个字符
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;
}来解释一下send_fd 函数：
msg.msg_name = NULL; msg.msg_namelen = 0; msg.msg_iov = &vec; msg.msg_iovlen = 1; //主要目的不是传递数据，故只传1个字符 msg.msg_flags = 0; vec.iov_base = &sendchar; vec.iov_len = sizeof(sendchar);
这几行中需要注意的是我们现在的目的不是传输正常数据，而是为了传递文件描述符，所以只定义一个1字节的char，其余参照前面对参数的解释可以理解。
现在我们只有一个cmsghdr 结构体，把需要传递的文件描述符send_fd 长度，也就是需要传输的额外数据大小，当作参数传给CMSG_SPACE 宏，可以得到整个结构体的大小，包括一些填充字节，如上图所示，也即
char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(send_fd))];
也就可以进一步得出以下两行：
msg.msg_control = cmsgbuf; msg.msg_controllen = sizeof(cmsgbuf);
接着，需要填充cmsghdr 结构体，传入msghdr 指针，CMSG_FIRSTHDR宏可以得到首个cmsghdr 结构体的指针，即
p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
然后使用指针来填充各字段，如下：
p_cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET; p_cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS; p_cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(send_fd));
传入send_fd 的大小，CMSG_LEN宏可以得到cmsg_len 字段的大小。
最后，传入结构体指针 p_cmsg ，宏CMSG_DATA 可以得到准备存放send_fd 的位置指针，将send_fd 放进去，如下：
p_fds = (int*)CMSG_DATA(p_cmsg); *p_fds = send_fd; // 通过传递辅助数据的方式传递文件描述符
recv_fd 函数就类似了，不再赘述。
可以写个小程序测试一下：
/*************************************************************************
> 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域协议才能在进程间传递文件描述符，如果想要在没有亲缘关系的进程间
* 传递，则不能用socketpair函数，要用socket()函数 */
if (socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sockfds) < 0)
ERR_EXIT("socketpair");
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid == -1)
ERR_EXIT("fork");
/* 如果是父进程打开的文件描述符，子进程可以共享
* 这里演示的是子进程打开的文件描述符通过封装的函数传给父进程 */
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;
}我们知道，父进程在fork 之前打开的文件描述符，子进程是可以共享的，但是子进程打开的文件描述符，父进程是不能共享的，上述程序就是举例在子
进程中打开了一个文件描述符，然后通过send_fd 函数将文件描述符传递给父进程，父进程可以通过recv_fd 函数接收到这个文件描述符。先建立一个
文件test.txt 后输入几个字符，然后运行程序，输出如下：
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./uxdomsock_sendfd buf=ilove
证明父进程确实可以打开test.txt 文件。
最后提醒一点，只有unix域协议才能在本机进程间传递文件描述符，如果想要在没有亲缘关系的进程间传递，则不能用socketpair函数，要用socket()函
数 才行。有些同学可能会说，文件描述符不就是个int 变量，直接当做数据发送传递不行？ 实际上这里通过sendmsg来传递fd，父进程才算是真正打开
了文件，也就是父进程的fd 也指向了file结构体，此file 结构体内的引用计数为2。
参考：
《Linux C 编程一站式学习》
《TCP/IP详解 卷一》
《UNP》
腾讯云开发者
