linux 环境进程间通信（六）.htm

关于Linux内核进程间通信的几篇文章

                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>struct socket
{
socket_state  state; 		/* 指明套接口的连接状态，一个套接口的连接状态可以有以下几种
套接口是空闲的，还没有进行相应的端口及地址的绑定；还没有连接；正在连接中；已经连接；正在解除连接。 */
	unsigned long		flags;
	struct proto_ops	ops;  /* 指明可对套接口进行的各种操作 */
	struct inode		inode;		/* 指向sockfs文件系统中的相应inode */
	struct fasync_struct	*fasync_list;	/* Asynchronous wake up list	*/
	struct file		*file;					/* 指向sockfs文件系统中的相应文件	*/
struct sock		sk;  /* 任何协议族都有其特定的套接口特性，该域就指向特定协议族的套接口对
象。 */
	wait_queue_head_t	wait;
	short			type;
	unsigned char		passcred;
};
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P><A name=N1007C><SPAN class=smalltitle>（2）描述套接口通用地址的数据结构struct 
            sockaddr</SPAN></A></P>
            <P>由于历史的缘故，在bind、connect等系统调用中，特定于协议的套接口地址结构指针都要强制转换成该通用的套接口地址结构指针。结构形式如下： 
            <BR></P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>struct sockaddr {
	sa_family_t	sa_family;	/* address family, AF_xxx	*/
	char		sa_data[14];	/* 14 bytes of protocol address	*/
};
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P><A name=N1008B><SPAN class=smalltitle>（3）描述因特网地址结构的数据结构struct 
            sockaddr_in（这里局限于IP4）：</SPAN></A></P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>struct sockaddr_in
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);	/* 描述协议族 */
    in_port_t sin_port;			/* 端口号 */
    struct in_addr sin_addr;		/* 因特网地址 */
    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
			   __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
			   sizeof (in_port_t) -
			   sizeof (struct in_addr)];
  };
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P>一般来说，读者最关心的是前三个域，即通信协议、端口号及地址。</P><BR>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD><IMG height=1 alt="" 
                  src="Linux 环境进程间通信（六）.files/blue_rule.gif" 
                  width="100%"><BR><IMG height=6 alt="" 
                  src="Linux 环境进程间通信（六）.files/c.gif" width=8 
              border=0></TD></TR></TBODY></TABLE>
            <TABLE class=no-print cellSpacing=0 cellPadding=0 align=right>
              <TBODY>
              <TR align=right>
                <TD><IMG height=4 alt="" src="Linux 环境进程间通信（六）.files/c.gif" 
                  width="100%"><BR>
                  <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 border=0>
                    <TBODY>
                    <TR>
                      <TD vAlign=center><IMG height=16 alt="" 
                        src="Linux 环境进程间通信（六）.files/u_bold.gif" width=16 
                        border=0><BR></TD>
                      <TD vAlign=top align=right><A class=fbox 
                        href="http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part6/index.html#main"><B>回页首</B></A></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
            <P><A name=N10098><SPAN class=atitle>3、套接口编程的几个重要步骤：</SPAN></A></P>
            <P><A name=N1009E><SPAN 
            class=smalltitle>（1）创建套接口，由系统调用socket实现：</SPAN></A></P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>int socket( int domain, int type, int ptotocol);
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P>参数domain指明通信域，如PF_UNIX（unix域），PF_INET（IPv4），PF_INET6(IPv6)等；type指明通信类型，如SOCK_STREAM(面向连接方式)、SOCK_DGRAM(非面向连接方式)等。一般来说，参数protocol可设置为0，除非用在原始套接口上（原始套接口有一些特殊功能，后面还将介绍）。</P>
            <P><B>注：</B>socket（）系统调用为套接口在sockfs文件系统中分配一个新的文件和dentry对象，并通过文件描述符把它们与调用进程联系起来。进程可以像访问一个已经打开的文件一样访问套接口在sockfs中的对应文件。但进程绝不能调用open()来访问该文件（sockfs文件系统没有可视安装点，其中的文件永远不会出现在系统目录树上），当套接口被关闭时，内核会自动删除sockfs中的inodes。 
            </P>
            <P><A name=N100B1><SPAN class=smalltitle>（2）绑定地址</SPAN></A></P>
            <P>根据传输层协议（TCP、UDP）的不同，客户机及服务器的处理方式也有很大不同。但是，不管通信双方使用何种传输协议，都需要一种标识自己的机制。</P>
            <P>通信双方一般由两个方面标识：地址和端口号（通常，一个IP地址和一个端口号常常被称为一个套接口）。根据地址可以寻址到主机，根据端口号则可以寻址到主机提供特定服务的进程，实际上，一个特定的端口号代表了一个提供特定服务的进程。</P>
            <P>对于使用TCP传输协议通信方式来说，通信双方需要给自己绑定一个唯一标识自己的套接口，以便建立连接；对于使用UDP传输协议，只需要服务器绑定一个标识自己的套接口就可以了，用户则不需要绑定(在需要时，如调用connect时[注1]，内核会自动分配一个本地地址和本地端口号)。绑定操作由系统调用bind()完成：</P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>int bind( int sockfd, const struct sockaddr * my_addr, socklen_t my_addr_len)
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P>第二个参数对于Ipv4来说，实际上需要填充的结构是struct 
            sockaddr_in，前面已经介绍了该结构。这里只想强调该结构的第一个域，它表明该套接口使用的通信协议，如AF_INET。联系socket系统调用的第一个参数，读者可能会想到PF_INET与AF_INET究竟有什么不同？实际上，原来的想法是每个通信域（如PF_INET）可能对应多个协议（如AF_INET），而事实上支持多个协议的通信域一直没有实现。因此，在linux内核中，AF_***与PF_***被定义为同一个常数，因此，在编程时可以不加区分地使用他们。</P>
            <P><B>注1：</B>在采用非面向连接通信方式时，也会用到connect()调用，不过与在面向连接中的connect（）调用有本质的区别：在非面向连接通信中，connect调用只是先设置一下对方的地址，内核为本地套接口记下对方的地址，然后采用send()来发送数据，这样避免每次发送时都要提供相同的目的地址。其中的connect()调用不涉及握手过程；而在面向连接的通信方式中，connect()要完成一个严格的握手过程。 
            </P>
            <P><A name=N100CD><SPAN 
            class=smalltitle>（3）请求建立连接（由TCP客户发起）</SPAN></A></P>
            <P>对于采用面向连接的传输协议TCP实现通信来说，一个比较重要的步骤就是通信双方建立连接（如果采用udp传输协议则不需要），由系统调用connect()完成：</P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>int connect( int sockfd, const struct sockaddr * servaddr, socklen_t addrlen)
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P>第一个参数为本地调用socket后返回的描述符，第二个参数为服务器的地址结构指针。connect（）向指定的套接口请求建立连接。</P>
            <P><B>注：</B>与connect（）相对应，在服务器端，通过系统调用listen()，指定服务器端的套接口为监听套接口，监听每一个向服务器套接口发出的连接请求，并通过握手机制建立连接。内核为listen()维护两个队列：已完成连接队列和未完成连接队列。 
            </P>
            <P><A name=N100E3><SPAN 
            class=smalltitle>（4）接受连接请求（由TCP服务器端发起）</SPAN></A></P>
            <P>服务器端通过监听套接口，为所有连接请求建立了两个队列：已完成连接队列和未完成连接队列（每个监听套接口都对应这样两个队列，当然，一般服务器只有一个监听套接口）。通过accept()调用，服务器将在监听套接口的已连接队列头中，返回用于代表当前连接的套接口描述字。</P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>int accept( int sockfd, struct sockaddr * cliaddr, socklen_t * addrlen)
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P>第一个参数指明哪个监听套接口，一般是由listen（）系统调用指定的（由于每个监听套接口都对应已连接和未连接两个队列，因此它的内部机制实质是通过sockfd指定在哪个已连接队列头中返回一个用于当前客户的连接，如果相应的已连接队列为空，accept进入睡眠）。第二个参数指明客户的地址结构，如果对客户的身份不感兴趣，可指定其为空。</P>
            <P><B>注：</B>对于采用TCP传输协议进行通信的服务器和客户机来说，一定要经过客户请求建立连接，服务器接受连接请求这一过程；而对采用UDP传输协议的通信双方则不需要这一步骤。 
            </P>
            <P><A name=N100F9><SPAN class=smalltitle>（5）通信</SPAN></A></P>
            <P>客户机可以通过套接口接收服务器传过来的数据，也可以通过套接口向服务器发送数据。前面所有的准备工作（创建套接口、绑定等操作）都是为这一步骤准备的。</P>
            <P>常用的从套接口中接收数据的调用有：recv、recvfrom、recvmsg等，常用的向套接口中发送数据的调用有send、sendto、sendmsg等。</P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>int recv(int s, void *
        <I>buf</I>, size_t 
        <I>len</I>, int 
        <I>flags</I>)
int recvfrom(int s,  void *
        <I>buf</I>,  size_t 
        <I>len</I>, int 
        <I>flags</I>, struct sockaddr *
        <I>from</I>, socklen_t *
        <I>fromlen</I>)
int recvmsg(int s, struct msghdr *
        <I>msg</I>, int 
        <I>flags</I>)
int send(int s,const void *
        <I>msg</I>, size_t 
        <I>len</I>, int 
        <I>flags</I>)
int sendto(int s, const void *
        <I>msg</I>, size_t 
        <I>len</I>, int 
        <I>flags</I> const struct sockaddr *
        <I>to</I>, socklen_t 
        <I>tolen</I>)
int sendmsg(int s, const struct msghdr *
        <I>msg</I>, int 
        <I>flags</I>)
      </PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P>这里不再对这些调用作具体的说明，只想强调一下，recvfrom（）以及recvmsg（）可用于面向连接的套接口，也可用于面向非连接的套接口；而recv（）一般用于面向连接的套接口。另外，在调用了connect()之后，就应给调用send()而不是sendto()了，因为调用了connect之后，目标就已经确定了。</P>
            <P>前面讲到，socket（）系统调用返回套接口描述字，实际上它是一个文件描述符。所以，可以对套接口进行通常的读写操作，即使用read()及write()方法。在实际应用中，由于面向连接的通信（采用TCP传输协议）是可靠的，同时又保证字节流原有的顺序，所以更适合用read及write方法。而非面向连接的通信（采用UDP传输协议）是不可靠的，字节流也不一定保持原有的顺序，所以一般不宜用read及write方法。</P>
            <P><A name=N1014B><SPAN 
            class=smalltitle>（6）通信的最后一步是关闭套接口</SPAN></A></P>
            <P>由close()来完成此项功能，它唯一的参数是套接口描述字，不再赘述。</P><BR>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD><IMG height=1 alt="" 
                  src="Linux 环境进程间通信（六）.files/blue_rule.gif" 
                  width="100%"><BR><IMG height=6 alt="" 
                  src="Linux 环境进程间通信（六）.files/c.gif" width=8 
              border=0></TD></TR></TBODY></TABLE>
            <TABLE class=no-print cellSpacing=0 cellPadding=0 align=right>
              <TBODY>
              <TR align=right>
                <TD><IMG height=4 alt="" src="Linux 环境进程间通信（六）.files/c.gif" 
                  width="100%"><BR>
                  <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 border=0>
                    <TBODY>
                    <TR>
                      <TD vAlign=center><IMG height=16 alt="" 
                        src="Linux 环境进程间通信（六）.files/u_bold.gif" width=16 
                        border=0><BR></TD>
                      <TD vAlign=top align=right><A class=fbox 
                        href="http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part6/index.html#main"><B>回页首</B></A></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
            <P><A name=N10154><SPAN class=atitle>4、典型调用代码：</SPAN></A></P>
            <P>到处可以发现基于套接口的客户机及服务器程序，这里不再给出完整的范例代码，只是给出它们的典型调用代码，并给出简要说明。</P>
            <P><A name=N1015D><SPAN 
            class=smalltitle>（1）典型的TCP服务器代码：</SPAN></A></P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD class=code-outline><PRE class=displaycode>... ...
int listen_fd, connect_fd;
struct sockaddr_in serv_addr, client_addr;
... ...
listen_fd = socket ( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
/* 创建网际Ipv4域的（由PF_INET指定）面向连接的（由SOCK_STREAM指定，如果创建非面向连接的套接口则指定为SOCK_DGRAM）
的套接口。第三个参数0表示由内核确定缺省的传输协议，
对于本例，由于创建的是可靠的面向连接的基于流的套接口，内核将选择TCP作为本套接口的传输协议） */
bzero( &amp;serv_addr, sizeof(serv_addr) );