分类:
2012-05-16 13:01:25
++++++APUE读书笔记-17高级进程通信-04传递文件描述符号(1)++++++
4、传递文件描述符号(1)
================================================
在进程之间传递打开的文件描述符号这个功能非常强大。它可以使得客户服务程序具有不同的设计方案。它允许一个进程(一般这个进程都是服务进程)去做打开一个文件的所有工作(包括将网络名称转换为网络地址,向modem拨号,协商文件锁,等等),然后简单地向调用进程传递回去一个文件描述符号,这个文件符号可以用于输入输出函数。所有打开文件的细节工作在客户进程端来看都是被隐藏了的。
我们必须对“传递一个打开的文件描述符号”这个词语非常了解。在最开始的时候,我们展示过两个进程打开同样一个文件的情况,尽管这两个进程共享同样的v-node,但是每一个进程有它自己的文件表项。
当我们在进程之间传递打开的文件描述符号的时候,我们想要两个进程之间共享同一个文件表项,如下图所示:
从上面的进程打开的文件传递到底下的进程
+-process table entry--+
| fd file |
| +flags+-pointer-+ |
|fd0 |-----|---------| |
|fd1 |-----|---------| | ---->+file table---------+
|fd2 |-----|---------| | / -->| file status flags |
|fd3 |-----|---------|---- / +-------------------+
| | ...... | | / | current offset |
| +---------------+ | | +-------------------+
| | | | v-node pointer |------> +-v-node table---+
+----------------------+ | +-------------------+ | v-node |
| | information |
| +----------------+
+-process table entry--+ | | i-node |
| fd file | | | information |
| +flags+-pointer-+ | / +_.............._+
|fd0 |-----|---------| | / | current |
|fd1 |-----|---------| |/ | file size |
|fd2 |-----|---------| / +----------------+
|fd3 |-----|---------|/|
|fd4 |-----|---------| |
| | ...... | |
| +---------------+ |
| |
| |
+----------------------+
从技术来看,我们将一个指向文件表的指针从一个进程传递给另外一个进程。这个指针被分配给接收进程的第一个可用的文件描述符号。(也就是说,我们传递一个打开的文件描述符号,但是文件描述符号的号码在两个进程中并不一定一样,上图就是一个很明显的例子)两个进程共享一个打开的文件表实际就是调用fork的时候发生的事情(可以参见前面讲述fork时候一个描述fork之后父子之间共享打开文件的图)。
当一个文件描述符号从一个进程被传递到另外一个进程的时候,发送进程在传递完了文件描述符号之后会关闭掉文件描述符号。发送进程关闭文件描述符号并不会真的关闭掉文件或者设备,因为文件描述符号对于接收进程来说仍然是打开的(即便接受进程没有特地接收文件描述符号)。
我们定义如下的三个函数来发送和接收文件描述符号,在本节的后面,我们将会展示对于流和套接字的这三个函数的代码。
#include "apue.h"
int send_fd(int fd, int fd_to_send);
int send_err(int fd, int status, const char *errmsg);
两者返回:如果成功返回0,如果错误返回1。
int recv_fd(int fd, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t));
返回:如果成功返回文件描述符号,如果错误返回负数。
如果进程(通常是服务进程)想要发送文件描述符号给另外一个进程,那么调用send_fd或者send_err。进程(通常客户进程)如果等待接收文件描述符号则调用recv_fd。
函数send_fd通过fd代表的unix域的套接字或者stream pipe来发送文件描述符号"fd_to_send"。
我们将要使用s-pipe来引用双向的通信通道,这个通道可以采用streams pipe或者unix域套接字实现。
send_err函数使用fd发送errmsg,并且fd后面接着的status状态值必须在范围1到255之间。
客户进程调用recv_fd来接收一个文件描述符号。如果所有的过程成功(发送者调用send_fd),那么会返回一个非负数的文件描述符号作为函数的返回值。否则,返回值表示send_err发出的状态(在1到-255区间之间的负数)。另外,如果服务进程发送一个错误的消息,那么客户进程的userfunc函数将会被调用来处理这个消息。userfunc函数的第一个参数是STDERR_FILENO,后面接着的是指向错误消息的指针以及它的长度。userfunc函数的返回值就是写入的字节数目或者表示错误时候的负数。一般来说客户进程会指定一个常用的write函数作为userfunc。
我们自己实现了一个这三个函数所使用的协议:为了发送一个文件描述符号,send_fd发送两个字节的0,后面接着实际的文件描述符号。为了发送一个错误,send_err发送错误消息errmsg,后面接着一个字节的0,然后是状态字节的绝对值(从1到255)。函数recv_fd读取s-pipe上面的所有内容直到它遇到一个null字节,任何此刻读取到的字符都会被传递到调用者的userfunc中。recv_fd的下一个字节就是状态字节,如果状态字节是0,那么会传递一个文件描述符号;否则不会接收到文件描述符号(因为基于前面send_fd的协议,如果发送文件描述符号,那么开始0实际就是null,所以相当于一个"空字符串+0+描述符号";而不发送文件描述符号相当于"错误消息字符串+状态绝对值")。
函数send_err在写错误消息到s-pipe之后调用send_fd函数。如下所示:
send_err函数
#include "apue.h"
/*
* Used when we had planned to send an fd using send_fd(),
* but encountered an error instead. We send the error back
* using the send_fd()/recv_fd() protocol.
*/
int send_err(int fd, int errcode, const char *msg)
{
int n;
if ((n = strlen(msg)) > 0)
if (writen(fd, msg, n) != n) /* send the error message */
return(-1);
if (errcode >= 0)
errcode = -1; /* must be negative */
if (send_fd(fd, errcode) < 0)
return(-1);
return(0);
}
下面将看到函数send_fd和recv_fd函数的实现。
将文件描述符号通过基于流的管道进行传递。
文件描述符号用两个ioctl命令:I_SENDFD和I_RECVFD,通过streams pipes被交换。发送一个文件描述符号的时候我们设置ioctl的第三个参数为实际的文件描述符号。代码如下:
对于streams pipes的send_fd函数
#include "apue.h"
#include
/*
* Pass a file descriptor to another process.
* If fd<0, then -fd is sent back instead as the error status.
*/
int send_fd(int fd, int fd_to_send)
{
char buf[2]; /* send_fd()/recv_fd() 2-byte protocol */
buf[0] = 0; /* null byte flag to recv_fd() */
if (fd_to_send < 0) {
buf[1] = -fd_to_send; /* nonzero status means error */
if (buf[1] == 0)
buf[1] = 1; /* -256, etc. would screw up protocol */
} else {
buf[1] = 0; /* zero status means OK */
}
if (write(fd, buf, 2) != 2)
return(-1);
if (fd_to_send >= 0)
if (ioctl(fd, I_SENDFD, fd_to_send) < 0)
return(-1);
return(0);
}
当我们接收一个文件描述符号的时候,ioctl的第3个参数是一个如下strrecvfd结构的指针:
struct strrecvfd {
int fd; /* new descriptor */
uid_t uid; /* effective user ID of sender */
gid_t gid; /* effective group ID of sender */
char fill[8];
};
recv_fd函数从streams pipe中读取信息,直到2字节协议的第一个字节被接收(null字节)。当我们通过I_RECVFD的ioctl命令请求的时候,流头部的读取队列的下一条消息必须是来自I_SENDFD调用的文件描述符号,或者我们获得一个错误。函数代码如下所示:
streams pipe的recv_fd函数
#include "apue.h"
#include
/*
* Receive a file descriptor from another process (a server).
* In addition, any data received from the server is passed
* to (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nbytes). We have a
* 2-byte protocol for receiving the fd from send_fd().
*/
int recv_fd(int fd, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t))
{
int newfd, nread, flag, status;
char *ptr;
char buf[MAXLINE];
struct strbuf dat;
struct strrecvfd recvfd;
status = -1;
for ( ; ; ) {
dat.buf = buf;
dat.maxlen = MAXLINE;
flag = 0;
if (getmsg(fd, NULL, &dat, &flag) < 0)
err_sys("getmsg error");
nread = dat.len;
if (nread == 0) {
err_ret("connection closed by server");
return(-1);
}
/*
* See if this is the final data with null & status.
* Null must be next to last byte of buffer, status
* byte is last byte. Zero status means there must
* be a file descriptor to receive.
*/
for (ptr = buf; ptr < &buf[nread]; ) {
if (*ptr++ == 0) {
if (ptr != &buf[nread-1])
err_dump("message format error");
status = *ptr & 0xFF; /* prevent sign extension */
if (status == 0) {
if (ioctl(fd, I_RECVFD, &recvfd) < 0)
return(-1);
newfd = recvfd.fd; /* new descriptor */
} else {
newfd = -status;
}
nread -= 2;
}
}
if (nread > 0)
if ((*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nread) != nread)
return(-1);
if (status >= 0) /* final data has arrived */
return(newfd); /* descriptor, or -status */
}
}
参考: