Unix环境高级编程(十八)高级进程间通信

　　本章主要介绍了基于STREAM的管道和UNIX域套接字，这些IPC可以在进程间传送打开文件描述符。服务进程可以使用它们的打开文件描述符与指定的名字相关联，客户进程可以使用这些名字与服务器进程通信。

1、基于STREAMS的管道

　　STREAMS pipe是一个双向（全双工）管道，单个STREAMS管道就能向父、子进程提供双向的数据流。如下图所示：

下面采用STREAMS管道实现加法协同进程实例，程序如下：

 1  1 #include <stdio.h>
 2  2 #include <stdlib.h>
 3  3 #include <unistd.h>
 4  4 #include <errno.h>
 5  5 #include <string.h>
 6  6 #include <signal.h>
 7  7
 8  8 #define MAXLINE 1024
 9  9
10 10 static void sig_pipe(int signo)
11 11 {
12 12     printf("SIGPIPE caught\n");
13 13     exit(1);
14 14 }
15 15 int s_pipe(int fd[2])
16 16 {
17 17     return pipe(fd);
18 18 }
19 19 int main()
20 20 {
21 21     int     n;
22 22     int     fd[2];
23 23     pid_t   pid;
24 24     char    line[MAXLINE];
25 25
26 26     signal(SIGPIPE,sig_pipe);
27 27     s_pipe(fd);
28 28     if((pid = fork()) == -1)
29 29     {
30 30         perror("fork() error");
31 31         exit(-1);
32 32     }
33 33     if(pid == 0)  //子进程用fd[1]
34 34     {
35 35         close(fd[0]);
36 36         dup2(fd[1],STDIN_FILENO);
37 37         dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);
38 38         execl(".//add","add",(char *)0);
39 39         exit(0);
40 40     }
41 41     else   //父进程用fd[0]
42 42     {
43 43         close(fd[1]);
44 44         while(fgets(line,MAXLINE,stdin) != NULL)
45 45         {
46 46             n = strlen(line);
47 47             if(write(fd[0],line,n) != n)
48 48             {
49 49                 perror("write() error to pipe");
50 50                 exit(-1);
51 51             }
52 52             if((n =read(fd[0],line,MAXLINE)) < 0)
53 53             {
54 54                 perror("read() error to pipe");
55 55                 exit(-1);
56 56             }
57 57             if(n==0)
58 58             {
59 59                 printf("child close pipe\n");
60 60                 break;
61 61             }
62 62             line[n] = '\0';
63 63             fputs(line,stdout);
64 64         }
65 65         exit(0);
66 66     }
67 67 }

在APUE2 P469中这样讲：“solaris支持STREAMS管道，Linux的可选附加包也提供了STREAMS管道。”这个包没有安装上，程序不能正常运行。

1.2命名的STREAMS管道

　　管道仅在相关进程之间使用，例如子进程集成父进程的管道。无关进程可以使用FIFO进行通信，但是这仅仅提供单向通信。STREAMS机制提供了一种有效的途径，使得进程可以给予管道一个文件系统的名字，避免了单向FIFO的问题。操作函数原型如下：

#include <stropts.h>
int fattach(int fildes, const char *path);  //给STREAMS管道一个系统文件中的名字
int fdetach(const char *path); //撤销STREAMS管道文件与文件系统中名字的关联

2、UNIX域套接字

　　UNIX域套接字用于在同一台机器上运行的进程之间的通信，UNIX域套接字仅仅复制数据，不执行协议处理，不需要添加或删除网络报头，无需计算校验和，不要产生顺序号，无需发送确认报文。UNIX域套接字是套接字和管道之间的结合物，提供流和数据报两种接口。

UINX域套接字的好处：

（1）在同一台主机上进行通信时，是不同主机间通信的两倍

（2）UINX域套接口可以在同一台主机上，不同进程之间传递套接字描述符

（3）UINX域套接字可以向服务器提供客户的凭证（用户id或者用户组id）

UINX域套接字使用的地址通常是文件系统中一个文件路径，这些文件不是不同的文件，只能作为域套接字通信，不能读写。创建函数如下：

#include <sys/socket.h>
int socketpair(int domain, int type, int protocolint " sv [2]);

利用UNIX域实现全双工管道，程序如下：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 #include <errno.h>
 5 #include <string.h>
 6 #include <signal.h>
 7 #include <sys/socket.h>
 8 #define MAXLINE 1024
 9
10 static void sig_pipe(int signo)
11 {
12     printf("SIGPIPE caught\n");
13     exit(1);
14 }
15 int s_pipe(int fd[2])
16 {
17     return socketpair(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0,fd);  //创建UNIX域套接字
18 }
19 int main()
20 {
21     int     n;
22     int     fd[2];
23     pid_t   pid;
24     char    line[MAXLINE];
25
26     signal(SIGPIPE,sig_pipe);
27     s_pipe(fd);
28     if((pid = fork()) == -1)
29     {
30         perror("fork() error");
31         exit(-1);
32     }
33     if(pid == 0)
34     {
35         close(fd[0]);
36         dup2(fd[1],STDIN_FILENO);
37         dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);
38         execl(".//add","add",(char *)0);
39         exit(0);
40     }
41     else
42     {
43         close(fd[1]);
44         while(fgets(line,MAXLINE,stdin) != NULL)
45         {
46             n = strlen(line);
47             if(write(fd[0],line,n) != n)
48             {
49                 perror("write() error to pipe");
50                 exit(-1);
51             }
52             if((n =read(fd[0],line,MAXLINE)) < 0)
53             {
54                 perror("read() error to pipe");
55                 exit(-1);
56             }
57             if(n==0)
58             {
59                 printf("child close pipe\n");
60                 break;
61             }
62             line[n] = '\0';
63             fputs(line,stdout);
64         }
65         exit(0);
66     }
67 }

add是单独的程序，共程序调用，执行结果如下：

2.1命令UNIX域套接字

　　UNIX域套接字的地址有sockaddr_run结构表示。

　　#define UNIX_PATH_MAX 108
　　struct sockaddr_un {
　　　　sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
　　　　char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname };

写个程序，将一个地址绑定一UNIX域套接字，程序如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <stddef.h>
int main()
{
    int fd,size;
    struct sockaddr_un  un;
    un.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(un.sun_path,"foo.socket");
    fd = socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0);
    size = offsetof(struct sockaddr_un,sun_path) + strlen(un.sun_path);
    if(bind(fd,(struct sockaddr*)&un,size)<0)
    {
        perror("bind() error");
        exit(-1);
    }
    printf("UNIX domain socket bound\n");
    exit(0);
}

程序执行结果如下：

从结果可以看出，如果绑定地址时候，文件已经存在，那么bind请求将会失败，关闭套接字时，并不删除该文件。因此必须保证在应用程序终止前，对该文件进行解除链接操作。

2.2唯一连接

　　服务器进程可以使用标准bind、listen和accept函数为客户进程安排一个唯一的UNIX域连接，客户进程使用connect与服务器进程联系，服务器进程接受了connect请求后，在服务器进程和客户进程之间就存在了唯一的连接。

参考

http://blog.csdn.net/youkuxiaobin/article/details/6965527

http://bbs.chinaunix.net/thread-2183106-1-1.html

unix域套接字

unix域套接字实际上不是一个实际的协议，他只是在同一台主机上客户和服务器之间通信时，使用与在不同主机上客户和服务器间通信时相同的API

unix域套接字分为两种：字节流套接字和数据报套接字

unix域套接字的好处：

1 在同一台主机上进行通信时，是不同主机间通信的两倍

2 unix域套接口可以在同一台主机上，不同进程之间传递套接字描述符

3 unix域套接字可以向服务器提供客户的凭证（用户id或者用户组id）

unix域套接字使用的地址通常是文件系统中一个文件路径（套接口文件：APUE中的4.3节文件类型，是以s开头的），这些文件不是不同的文件，只能作为域套接字通信，不能读写

并且是以s开头的文件

unix域套接字的地址结构是：

1. struct sockaddr_un
2. {
3. uint8_t sun_len;
4. sa_family_sun_family;//AF_LOCAL
5. char sun_path[104];//必须是以空结尾的字符串（路径+文件名）
6. }

int socketpair(int family, int type, intprotocol, int sockfd[2]);

这个函数创建两个互相连接的套接字（socketfd[2]）family 是AF_LOCAL, type可以是SOCK_STREAM （字节流）或者SOCK_DGRAM（数据报），协议是0，之后就能够或者两个互相连接的套接字

以SOCK_STREAM调用的socketpair函数得到的套接字叫做流管道（stream pipe），是全双工的，就是这两个套接字是可读可写的

※

1在unix域套接字进行bind的时候建立套接口文件，其默认的权限值是0777，并被当前的umask修改，看上图就知道，umask是0022 的到的文件权限是0755

2关于bind创建文件中地址参数 sockaddr_un 中的sun_path需要是绝对路径，这样才能不用考虑相对的概念。防止客户端程序也用相对路径，但是和服务器不在同一个目录的考虑

3 connect中的地址中的路径名必须是套接口文件，而且已经被服务端绑定的，以下情况会出错：1 文件路径存在但是不是套接口文件2 路径名存在且是套接口文件，但是没有和该文件绑定的套接口3 就是type必须和服务器相同

4 connect连接unix套接口的时候的权限检查和open函数一样的

5 unix域字节流套接口和TCP一样都给进程提供一个无记录边界的字节流接口

6 unix域套接口connect发现等待队列满了，就直接返回ECONNREFUSRD错误，说连接拒绝错误

7 unix域数据报套接口和UDP一样提供一个保留记录边界的不可靠数据报服务

unix域套接字的客户端：

1. #include <sys/un.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <stdlib.h>
5. #include <sys/types.h>
6. #include <sys/socket.h>
7. #define MAX_SEND 1025
8. #define UNIX_PATH "/tmp/sinfor"
9. void dump_unix(int sock_fd)
10. {
11. char tmp[MAX_SEND] = {0};
12. char recv[MAX_SEND] = {0};
13. while(fgets(tmp, MAX_SEND, stdin) != NULL)
14. {
15. write(sock_fd, tmp, strlen(tmp));
16. read(sock_fd, recv, MAX_SEND);
17. printf("data : %s\n", recv);
18. bzero(tmp,MAX_SEND);
19. bzero(recv, MAX_SEND);
20. }
21. }
22. int main(int argc, char** argv)
23. {
24. int conn_sock = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
25. if(conn_sock == -1)
26. {
27. perror("socket fail ");
28. return -1;
29. }
30. struct sockaddr_un addr;
31. bzero(&addr, sizeof(addr));
32. addr.sun_family = AF_LOCAL;
33. strcpy((void*)&addr.sun_path, UNIX_PATH);
34. if(connect(conn_sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
35. {
36. perror("connect fail ");
37. return -1;
38. }
39. dump_unix(conn_sock);
40. close(conn_sock);
41. return 0;
42. }

unix域套接字的服务器;

1. #include <sys/un.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <signal.h>
4. #include <errno.h>
5. #include <stdlib.h>
6. #include <sys/types.h>
7. #include <sys/wait.h>
8. #include <sys/socket.h>
9. #define MAX_RECV 1025
10. #define UNIX_SERV_PATH "/tmp/sinfor"
11. void client_dump(int sock_fd)
12. {
13. char rec[MAX_RECV] = {0};
14. int size;
15. while((size = read(sock_fd, rec, MAX_RECV)) != 0)
16. {
17. printf("**********1111************\n");
18. printf("recv data is %s\n", rec);
19. write(sock_fd, rec, size);
20. }
21. }
22. void sig_son(int num)
23. {
24. printf("son is %d\n", getpid());
25. wait(NULL);
26. //return NULL;
27. }
28. int main(int argc, char** argv)
29. {
30. int acc_sock, dump_sock;
31. acc_sock = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
32. if(acc_sock == -1)
33. {
34. perror("socket func fail ");
35. return -1;
36. }
37. struct sockaddr_un ser_addr, cli_addr;
38. ser_addr.sun_family = AF_LOCAL;
39. strcpy(ser_addr.sun_path, UNIX_SERV_PATH);
40. unlink(UNIX_SERV_PATH);
41. bind(acc_sock, (struct sockaddr*)&ser_addr, sizeof(ser_addr));
42. listen(acc_sock, 5);
43. signal(SIGCHLD, sig_son);
44. while(1)
45. {
46. int len = sizeof(cli_addr);
47. dump_sock = accept(acc_sock, (struct sockaddr*)&cli_addr, &len);
48. if(dump_sock == -1)
49. {
50. if(errno == EINTR)
51. {
52. continue;
53. }
54. else
55. {
56. perror("accept fail");
57. return -1;
58. }
59. }
60. if(fork() == 0)
61. {
62. close(acc_sock);
63. client_dump(dump_sock);
64. close(dump_sock);
65. exit(0);
66. }
67. close(dump_sock);
68. }
69. close(acc_sock);
70. return 0;
71. }

使用Unix域套接字实现进程间通讯

1. /*
2. domain_socket.h
3. @Author: duanjigang @2006-4-11
4. @Desp: declaratin of methods used for unix-domain-socket communication
5. */
6. #ifndef _H_
7. #define _H_
8. #include <stdio.h>
9. #include <unistd.h>
10. #include <sys/un.h>
11. #include <sys/socket.h>
12. #define MSG_SIZE 1024
13. int init_send_socket(struct sockaddr_un * addr,char * path)
14. {
15. int sockfd,len;
16. sockfd=socket(AF_UNIX,SOCK_DGRAM,0);
17. if(sockfd<0)
18. {
19. exit(1);
20. }
21. bzero(addr,sizeof(struct sockaddr_un));
22. addr->sun_family=AF_UNIX;
23. strcpy(addr->sun_path,path);
24. return sockfd;
25. }
26. int init_recv_socket(char * path)
27. {
28. int sockfd,len;
29. struct sockaddr_un addr;
30. sockfd=socket(AF_UNIX,SOCK_DGRAM,0);
31. if(sockfd<0)
32. {
33. return -1;
34. }
35. bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_un));
36. addr.sun_family = AF_UNIX;
37. strcpy(addr.sun_path, path);
38. unlink(path);
39. len = strlen(addr.sun_path) + sizeof(addr.sun_family);
40. if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,len)<0)
41. {
42. return -1;
43. }
44. return sockfd;
45. }
46. int receive_from_socket(int sockfd, char msg[])
47. {
48. int n;
49. memset(msg, 0, MSG_SIZE);
50. n=recvfrom(sockfd, msg, MSG_SIZE, 0, NULL, NULL);
51. if(n<=0)
52. {
53. return -1;
54. }
55. msg[n]=0;
56. return n;
57. }
58. int send_to_socket(int sockfd, char msg[], const struct sockaddr_un * addr)
59. {
60. int len;
61. len = strlen(addr->sun_path)+sizeof(addr->sun_family);
62. sendto(sockfd, msg, strlen(msg), 0, (struct sockaddr*)addr,len);
63. return 1;
64. }
65. #endif

 

一个调用的例子

1. /*
2. main.c
3. @Author: duanjigang @ 2006-4-11
4. @Desp: Two processes communicate with unix domain socket
5. */
6. #include "domain_socket.h"
7. #define PATH "/home/useless"
8. /*
9. 进程间通过域进行通讯-举例：父子进程，一个发送，一个接收
10. */
11. int main(void)
12. {
13. int pid;
14. /*
15. 子进程用于发送消息
16. */
17. if((pid = fork()) == 0)
18. {
19. int fd, counter = 0;
20. char send_buffer[MSG_SIZE];
21. struct sockaddr_un addr;
22. if( (fd = init_send_socket(&addr, PATH)) > 0)
23. while(1)
24. {
25. memset(send_buffer, 0 , MSG_SIZE);
26. /*
27. 防止计数器越界，所以做一个复位判断
28. */
29. sprintf(send_buffer,"message for %d times",
30. counter++ >= 10000 ? 1 : counter);
31. send_to_socket(fd, send_buffer, &addr);
32. printf("Sender: %s\n", send_buffer);
33. sleep(1);
34. }
35. }/*
36. 父进程用于接收消息
37. */
38. else
39. {
40. int fd;
41. char recv_buffer[MSG_SIZE];
42. if( (fd = init_recv_socket(PATH))> 0)
43. while(1)
44. {
45. memset(recv_buffer, 0, MSG_SIZE);
46. if(receive_from_socket(fd, recv_buffer))
47. {
48. printf("Receiver: %s\n", recv_buffer);
49. }
50. }
51. }
52. }