17.1 Introduction
这一章主要讲了UNIX Domain Sockets这样的进程间通讯方式，并列举了具体的几个例子。
17.2 UNIX Domain Sockets
这是一种特殊socket类型，主要用于高效的IPC，特点主要在于高效（因为省去了很多与数据无关的格式的要求）。
int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sockfd[2]) 这个函数用于构建一对unix domain sockets；并且与之前的pipe函数不同，这里构建fd都是full-duplex的。
下面列举一个poll + message queue + 多线程 的例子。
为什么要举上面的例子？因为没办法直接用poll去管理多个message queue。
message queue在unix系统中有两种标示方法：1. 全局用一个key 2. 进程内部用一个identifier
而poll关注的对象只能是file descriptor；所以，用unix domain sockets作为二者的桥梁。
例子包含两个部分，reciver端和sender端。
reciver挂起来几个message queue，每个queue单独开一个线程去处理；主线程跟每个queue线程的关联方式就是unix domain sockets。代码如下：
#include "../apue.3e/include/apue.h"
#include <sys/poll.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/socket.h> #define NQ 3
#define MAXMSZ 512
#define KEY 0x123 struct threadinfo{
int qid;
int fd;
}; struct mymesg{
long mtype;
char mtext[MAXMSZ];
}; void * helper(void *arg)
{
int n;
struct mymesg m;
struct threadinfo *tip = arg; for(; ;)
{
memset(&m, , sizeof(m));
if ((n = msgrcv(tip->qid, &m, MAXMSZ, , MSG_NOERROR))<) {
err_sys("msgrcv error");
}
/*来自一个消息队列的内容 就特定的file desrciptor中*/
if (write(tip->fd, m.mtext, n)<) {
err_sys("write error");
}
}
} int main(int argc, char *argv[])
{
int i, n, err;
int fd[];
int qid[NQ]; /*message queue在process内部的identifier*/
struct pollfd pfd[NQ];
struct threadinfo ti[NQ];
pthread_t tid[NQ];
char buf[MAXMSZ]; /*给每个消息队列设定处理线程*/
for (i=; i<NQ; i++) {
/*返回消息队列的identifier 类似file descriptor*/
if ((qid[i] = msgget((KEY+i), IPC_CREAT|))<) {
err_sys("msgget error");
}
printf("queue ID %d is %d\n", i, qid[i]);
/*构建unix domain sockets*/
if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, , fd)<) {
err_sys("socketpair error");
}
pfd[i].fd = fd[]; /*main线程把住fd[0]这头*/
pfd[i].events = POLLIN; /*有data要去读*/
/* qid[i]在同一个process都可以用来表示同一个message queue */
ti[i].qid = qid[i]; /*在每个线程中记录要处理的消息队列的id*/
ti[i].fd = fd[]; /*每个队列的线程把住fd[1]这头*/
/*为每个消息队列创建一个处理线程 并将对应的threadinfo参数传入线程*/
if ((err = pthread_create(&tid[i], NULL, helper, &ti[i]))!=) {
err_exit(err, "pthread_create error");
}
} for (;;) {
/*一直轮询着 直到有队列可以等待了 再执行*/
if (poll(pfd, NQ, -)<) {
err_sys("poll error");
}
/*由于能进行到这里 则一定是有队列ready了 找到所有ready的队列*/
for (i=; i<NQ; i++) {
if (pfd[i].revents & POLLIN) { /*挑出来所有满足POLLIN条件的*/
if ((n=read(pfd[i].fd, buf, sizeof(buf)))<) {
err_sys("read error");
}
buf[n] = ; /* 这个末尾赋'\0'是必要的 因为接下来要执行printf*/
printf("queue id %d, message %s\n",qid[i],buf);
}
}
}
exit();
}
sender端，用command-line argument的方式读入message的外部key，以及写入message queue的数据，具体代码如下：
#include "../apue.3e/include/apue.h"
#include <sys/msg.h> #define MAXMSZ 512 struct mymesg{
long mtype;
char mtext[MAXMSZ];
}; int main(int argc, char *argv[])
{
key_t key;
long qid;
size_t nbytes;
struct mymesg m;
if (argc != ) {
fprintf(stderr, "usage: sendmsg KEY message\n");
exit();
}
key = strtol(argv[], NULL, );
if ((qid = msgget(key,))<) {
err_sys("can't open queue key %s", argv[]);
}
memset(&m, , sizeof(m));
strncpy(m.mtext, argv[], MAXMSZ-);
nbytes = strlen(m.mtext);
m.mtype = ;
if (msgsnd(qid, &m, nbytes, )<) {
err_sys("can't send message");
}
exit();
}
执行结果如下：
分析：
（1）unix socket domain在上述代码中的好处主要是方便了多个message queue的管理
（2）引入unix socket domain虽然带来了方便，但也在reciver中引入了两次额外的cost：一个是line34的write，向unix domain socket多写了一次；一个是line80的read，从unix domain socket多读了一次。如果这种cost在可接受范围内，那么unix socket domain就可以应用。
17.2.1 Naming UNIX Domain Sockets
上面介绍的这种socketpair的方式构造unix domain sockets，输出是几个fd，因此只能用于有亲属关系的process中。
如果要unrelated process之间用unix domain sockets通信，得从外面process能找到这个unix domain socket。
struct sockaddr_un{
sa_family_t sun_family; /*AF_UNIX*/
char sun_path[108]; /*pathname*/
}
这个结构体可以用来被构造成一个“可以被外面process找到的”的unix domain socket的地址，类似于“ip+port”的作用。
具体需要如下三个步骤的操作：
（1）fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0) // 产生unix domain socket
（2）un.sun_family = AF_UNIX strcpy(un.sun_path, pathname)
（3）bind(fd, (struct sockaddr *)&un, size) // 将unix domain socket与fd绑定
另，这里的pathname需要是一个独一无二的文件名。后面的一系列内容，都把sockaddr_un按照ip+port进行理解就顺畅了。
有了结构体中sun_path这个文件名，这个unix domain socket就有了自己独一无二的标识，其他进程就可以通过这个标识找到它。
#include "../apue.3e/include/apue.h"
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <string.h> int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, size;
struct sockaddr_un un; un.sun_family = AF_UNIX;
memset(un.sun_path, , sizeof(un.sun_path));
strcpy(un.sun_path, "foo.socket"); if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, ))<) {
err_sys("socket fail");
}
size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, size)<) {
err_sys("bind failed");
}
printf("UNIX domain socket bound\n");
exit();
}
这里“foo.socket"不需要事先真的存在，它只需要是一个独特的名称就可以了。
执行结果如下：
程序执行的当前文件夹下是没有foo.socket这个文件的
执行如上程序：
可以看到执行完程序后：
（1）foo.socket这个文件自动生成了，而且文件类型是socket（srwxrwxr-x中的s）
（2）如果foo.socket已经被占用了是没办法再绑定其他的unix domain socket的
17.3 Unique Connections
基于17.2.1的naming unix domain socket技术，就可以针对unix domain socket展开listen, accept, connect等一些列用于network socket的操作；用这样的方式来实现同一个host内部的IPC。
具体的示意图，如下所示：
apue中分别给出了listen accept connect三个函数的unix domain socket版。
int serv_listen(const char *name);
int serv_accpet(int listenfd, uid_t *uidptr);
int cli_conn(const char *name);
具体实现如下：
serv_listen函数（返回一个unix domain socket专门用于监听client发送来的请求）
#include "../apue.3e/include/apue.h"
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <errno.h> #define QLEN 10 /*只要传入一个well known name 就可返回fd*/
int serv_listen(const char *name)
{
int fd;
int len;
int err;
int rval;
struct sockaddr_un un; /*对name的长度上限有要求*/
if (strlen(name) >= sizeof(un.sun_path)) {
errno = ENAMETOOLONG;
return -;
}
/*这里创建的方式是SOCK_STREAM*/
if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, ))<) {
return -;
}
/*防止name已经被占用了 这是一种排他的做法*/
unlink(name);
/*初始化socket address structure*/
memset(&un, , sizeof(un.sun_path));
un.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(un.sun_path, name);
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(name);
/*执行bind操作 因为有name所以可以绑定*/
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, len)<) {
rval = -;
goto errout;
}
/*执行listen的操作 并设置等待队列的长度*/
if (listen(fd, QLEN)<) {
rval = -;
goto errout;
}
return fd;
errout:
err = errno;
close(fd);
errno = err;
return rval;
}
serv_accpet函数（这里有一点没看懂 为什么client's name有30s的限制）
#include "../apue.3e/include/apue.h"
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <time.h>
#include <errno.h> #define STALE 30 /*client's name can't be older than this sec*/ int serv_accept(int listenfd, uid_t *uidptr)
{
int clifd;
int err;
int rval;
socklen_t len;
time_t staletime;
struct sockaddr_un un;
struct stat statbuf;
char *name; /*name中存放的是发起请求的client的地址信息*/ /*因为sizeof不计算结尾的\0 所以在计算分配内存的时候要考虑进来*/
if ((name = malloc(sizeof(un.sun_path+)))==NULL) {
return -;
}
len = sizeof(un);
/*就在这里阻塞着 等着client端发送来请求*/
if ((clifd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&un, &len))<) {
free(name);
return -;
}
/*再让len为path的实际长度 并存到name中*/
len -= offsetof(struct sockaddr_un, sun_path);
memcpy(name, un.sun_path, len);
name[len] = ; /*最后补上\0*/
if (stat(name, &statbuf)<) { /*让statbuf获得client关联的文件的status*/
rval = -;
goto errout;
} /*1. 验证与client端关联的文件类型是不是socket file*/
#ifdef S_ISSOCK
if (S_ISSOCK(statbuf.st_mode)==) {
rval = -;
goto errout;
}
#endif
/*2. 验证与clinet端关联的文件的权限*/
/*G for group O for owner U for user */
/*验证permission只有user-read user-write user-execute*/
/*注意 ||运算符的优先级 要高于 !=运算符的优先级*/
if ((statbuf.st_mode & (S_IRWXG | S_IRWXO)) ||
(statbuf.st_mode & S_IRWXU) != S_IRWXU) {
rval = -;
goto errout;
}
/*3. 验证与client端关联的文件被创建的时间*/
staletime = time(NULL) - STALE; /**/
if (statbuf.st_atim < staletime ||
statbuf.st_ctim < staletime ||
statbuf.st_mtim < staletime) {
rval = -;
goto errout;
}
if (uidptr != NULL) {
*uidptr = statbuf.st_uid;
}
unlink(name);
free(name);
return clifd; errout:
err = errno;
close(clifd);
free(name);
errno = err;
return rval;
}
cli_conn
#include "../apue.3e/include/apue.h"
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <errno.h> #define CLI_PATH "/var/tmp" /*客户端标示*/
#define CLI_PERM S_IRWXU /*权限设置*/ int cli_conn(const char *name)
{
int fd;
int len;
int err;
int rval;
struct sockaddr_un un, sun;// un代表client端 sun代表server端
int do_unlink = ;
/*1. 验证传入的name是否合理
* 这个name是server的name 先校验server name的长度 */
if (strlen(name) >= sizeof(un.sun_path)) {
errno = ENAMETOOLONG;
return -;
}
/*2. 构建client端的fd
* 这个fd是client的专门发送请求的fd*/
if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, ))<) {
return -;
}
/*3. 构建client端的地址*/
/* 将文件名+进程号共写进un.sun_path 并记录长度 这里约定了path的格式*/
memset(&un, , sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
sprintf(un.sun_path, "%s%05ld", CLI_PATH, (long)getpid());
printf("file is %s\n", un.sun_path);
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
/*4. 将构建的fd与构建的client端地址绑定*/
unlink(un.sun_path); /*防止CLI_PATH+pid这个特殊的文件名已经被占用了*/
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, len)<) {
rval = -;
goto errout;
}
/* 为什么要先绑定再设定权限？因为如果不能绑定 修改权限就是无用功*/
if (chmod(un.sun_path, CLI_PERM)<) {
rval = -;
do_unlink = ;
goto errout;
}
/*5. 告诉client通过name去找server*/
/* 通过这个name这个key与'server'的process建立连接*/
memset(&sun, ,sizeof(sun));
sun.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(sun.sun_path, name);
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(name);
if (connect(fd, (struct sockaddr *)&sun, len)<) {
rval = -;
do_unlink = ;
goto errout;
}
return fd;
errout:
err = errno;
close(fd);
if (do_unlink) {
unlink(un.sun_path);
}
errno = err;
return raval;
}
17.4 Passing File Descriptors
在进程间传递file descriptor是也是unix domain socket的一种强大的功能。文件打开的各种细节，都隐藏在server端了。
至今在apue上已经有三种进程间的file descriptor的传递方式：
（1）figure3.8的情况，不同的process分别打开同一个file，每个process中的fd有各自的file table，这两个fd基本没有什么关系：
（2）figure8.2的情况，parent通过fork产生child，整个parent的memory layout都copy到child中，这两个fd属于不同的地址空间，但是值是相同的，并且共享同一个file table：
（3）17.4节的情况，通过unix domain socket的方式传递fd，这两个fd属于不同的地址空间，除了共享同一个file table没有其他的不同：
这一部分还讲了其他一些相关的结构体内容，这些细节为了看懂代码而用，关键记住上面的三种fd方式就可以了。
apue这部分自己设定了一个protocol，设定通过unix domain socket传递fd的协议，这个协议的细节不用关注太多；重点看如何告诉系统，发送的是一个fd。
利用unix domain socket发送和接收fd的代码如下：
send_fd的代码（如何告诉系统发送的是一个fd？先把struct cmsghdr cmptr设定好line43~45，将cmptr赋值给struct msghdr msg中的msg.msg_control，这样系统就知道发送的是一个fd）
#include "../apue.3e/include/apue.h"
#include <bits/socket.h>
#include <sys/socket.h> /* 由于不同系统对于cmsghdr的实现不同 CMSG_LEN这个宏就是计算cmsghdr+int
* 所需要的memory大小是多少 这样动态分配内存的时候才知道分配多少大小*/
#define CONTROLLEN CMSG_LEN(sizeof(int)) static struct cmsghdr *cmptr = NULL; int send_fd(int fd, int fd_to_send)
{
struct iovec iov[];
struct msghdr msg;
char buf[]; /*这是真正的协议头的两个特征bytes*/
/*scatter read or gather write 具体参考14.6
* 具体到这里的情景比较简单 因为iovec的长度只有1 相当于就调用了一个write
* 但是Unix domain socket的格式要去必须是struct iovec这种数据格式*/
iov[].iov_base = buf;
iov[].iov_len = ;
msg.msg_iov = iov;
msg.msg_iovlen = ;
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = ;
/*调用send_fd分两种情况:
* 1. 正常调用传递fd, 则fd_to_send是大于零的
* 2. 在send_err中调用send_fd, 则fd_to_send表示的是errorcode*/
if (fd_to_send<) {
msg.msg_control = NULL;
msg.msg_controllen = ;
buf[] = -fd_to_send; /*出错的fd_to_send都是负数*/
if (buf[] == ) { /*这个protocol并不是完美的 如果fd_to_send
是-256 则没有正数与其对应 协议在这里特殊处理-1与-256都代表 errorcode 1*/
buf[] = ;
}
}
else {
/*这里cmptr获得的memory大小是由CMSG_LEN算出来的*/
if (cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL ) {
return -;
}
/*通过Unix domain socket发送fd 就如下设置*/
cmptr->cmsg_level = SOL_SOCKET;
cmptr->cmsg_type = SCM_RIGHTS;
cmptr->cmsg_len = CONTROLLEN;
/*将cmptr融进要发送的msg*/
msg.msg_control = cmptr;
msg.msg_controllen = CONTROLLEN;
/*得搞清楚strut cmsghdr的结构
* struct cmsghdr{
* socklen_t cmsg_len;
* int cmsg_level;
* int cmsg_type;
* }
* // followed by the actual control message data
* CMSG_DATA做的事情就是在cmsghdr紧屁股后面放上'fd_to_send'这个内容
* ubuntu系统上查看<sys/socket.h>文件中的这个宏的具体实现
* 这个宏的具体实现就是struct cmsghdr结构体的指针+1, 然后将这个位置*/
*(int *)CMSG_DATA(cmptr) = fd_to_send;
buf[] = ;
}
buf[] = ; /*这就是给recv_fd设定的null byte flag recv_fd()函数中就是靠这个位来判断的*/
/*这里校验的sendmsg返回值是不是2 就是char buf[2]中的内容
* struct msghdr msg中 只有msg_iov中的数据算是被校验的内容
* 而msg_control这样的数据 都叫ancillary data 即辅助数据
* 辅助数据虽然也跟着发送出去了 但是不在sendmsg返回值的校验标准中*/
if (sendmsg(fd, &msg, )!=) {
return -;
}
return
}
接收端的代码recv_fd如下（代码不难理解，有个坑是line56是apue勘误表中才修改过来，否则有问题；勘误表的链接：http://www.apuebook.com/errata3e.html）
#include "open_fd.h"
#include <sys/socket.h> /* struct msghdr */ /* size of control buffer to send/recv one file descriptor */
#define CONTROLLEN CMSG_LEN(sizeof(int)) static struct cmsghdr *cmptr = NULL; /* malloc'ed first time */ /*
* Receive a file descriptor from a server process. Also, any data
* received 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, nr, status;
char *ptr;
char buf[MAXLINE];
struct iovec iov[];
struct msghdr msg; status = -;
for ( ; ; ) {
iov[].iov_base = buf;
iov[].iov_len = sizeof(buf);
msg.msg_iov = iov;
msg.msg_iovlen = ;
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = ;
if (cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL)
return(-);
msg.msg_control = cmptr;
msg.msg_controllen = CONTROLLEN;
if ((nr = recvmsg(fd, &msg, )) < ) {
err_ret("recvmsg error");
return(-);
} else if (nr == ) {
err_ret("connection closed by server");
return(-);
} /*
* See if this is the final data with null & status. Null
* is next to last byte of buffer; status byte is last byte.
* Zero status means there is a file descriptor to receive.
*/
for (ptr = buf; ptr < &buf[nr]; ) {
if (*ptr++ == ) {
if (ptr != &buf[nr-])
err_dump("message format error");
status = *ptr & 0xFF; /* prevent sign extension */
if (status == ) {
printf("msg.msg_controllen:%zu\n", msg.msg_controllen);
printf("CONTROLLEN:%zu\n", CONTROLLEN);
if (msg.msg_controllen < CONTROLLEN)
err_dump("status = 0 but no fd");
newfd = *(int *)CMSG_DATA(cmptr);
} else {
newfd = -status;
}
nr -= ;
}
}
if (nr > && (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nr) != nr)
return(-);
if (status >= ) /* final data has arrived */
return(newfd); /* descriptor, or -status */
}
}
17.5 An Open Server, Version 1
这一节正是利用17.4中的passing file descriptor的技术来构建一个"open" server：
这个server专门用来接收client发送的请求（即打开哪个文件，怎么打开），然后在server端把文件打开，再利用unix domain socket的技术把file descriptor给传递过去。
具体用到的技术就是client运行起来，通过fork+execl的方式调用opend（相当于server端的程序），并且通过socketpair的方式建立进程间的通信。
将书上的代码整理了一下（main.c表示client端，maind.c表示server端，lib文件夹中包含用到的一些函数，include文件夹中的.h文件包括各种公用的lib）
main.c代码如下：
#include "open_fd.h"
#include <fcntl.h>
#include <sys/uio.h> #define BUFFSIZE 8192
#define CL_OPEN "open" // client's request for server int csopen(char *name, int oflag)
{
pid_t pid;
int len;
char buf[];
struct iovec iov[];
static int fd[] = {-, -};
/*首次需要建立child parent的链接*/
if (fd[] < ) {
printf("frist time build up fd_pipe\n");
/*构建一个全双工的pipe*/
if (fd_pipe(fd) < ) {
err_ret("fd_pipe error");
return -;
}
printf("fd[0]:%d,fd[1]:%d\n",fd[],fd[]);
if((pid = fork())<){
err_ret("fork error");
return -;
}
else if (pid ==) { /*child*/
close(fd[]);
/*这个地方需要注意 这种full-duplex的fd 可以把in和out都挂到这个fd上面 之前只挂了stdin没有挂out所以有问题*/
/*将child的stdin 衔接到fd[1]上面*/
if (fd[] != STDIN_FILENO && dup2(fd[],STDIN_FILENO)!=STDIN_FILENO) {
err_sys("dup2 error to stdin");
}
/*将child的stdout 衔接到fd[1]上面*/
if (fd[] != STDOUT_FILENO && dup2(fd[],STDOUT_FILENO)!=STDOUT_FILENO) {
err_sys("dup2 error to stdout");
}
/*执行opend这个程序 这时opend这个程序的stdin就指向fd[1] child和parent通过pipe连接了起来*/
if (execl("./opend", "opend", (char *))<) {
err_sys("execl error");
}
}
close(fd[]); /*parent*/
} /*iov三个char array合成一个char array 每个array以空格分开*/
sprintf(buf, " %d", oflag);
iov[].iov_base = CL_OPEN " "; /* string concatenation */
iov[].iov_len = strlen(CL_OPEN) + ;
iov[].iov_base = name; /*传入的filename在中间的io*/
iov[].iov_len = strlen(name);
iov[].iov_base = buf;
iov[].iov_len = strlen(buf) + ; /* +1 for null at end of buf */
len = iov[].iov_len + iov[].iov_len + iov[].iov_len;
/*通过fd[0] fd[1]这个通道 由client向server发送数据*/
/*writev在会把缓冲区的输出数据按顺序集合到一起 再发送出去*/
if (writev(fd[], &iov[], ) != len) {
err_ret("writev error");
return(-);
}
/* read descriptor, returned errors handled by write() */
return recv_fd(fd[], write);
} /*这是client端调用的程序*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int n, fd;
char buf[BUFFSIZE], line[MAXLINE];
/*每次从stdin cat进来filename*/
while (fgets(line, MAXLINE, stdin)!=NULL) {
/*替换把回车替换掉*/
if (line[strlen(line)-] == '\n') {
line[strlen(line)-] = ;
}
/*打开文件*/
if ((fd = csopen(line, O_RDONLY))<) {
continue;
}
/*把fd这个文件读写完成*/
printf("fd obtained from other process : %d\n",fd);
while ((n = read(fd, buf, BUFFSIZE))>) {
if (write(STDOUT_FILENO, buf, n)!= n) {
err_sys("write error");
}
}
if (n<) {
err_sys("read error");
}
close(fd);
}
exit();
}
maind.c的代码如下：
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include "open_fd.h" #define CL_OPEN "open"
#define MAXARGC 50
#define WHITE " \t\n" char errmsg[MAXLINE];
int oflag;
char *pathname; /* cli_args和buf_args两个函数起到把读进来的buf解析的功能
* 了解大体功能即可 不用细看*/ int cli_args(int argc, char **argv)
{
if (argc != || strcmp(argv[], CL_OPEN) != ) {
strcpy(errmsg, "usage: <pathname> <oflag>\n");
return(-);
}
pathname = argv[]; /* save ptr to pathname to open */
oflag = atoi(argv[]);
return();
} int buf_args(char *buf, int (*optfunc)(int, char **))
{
char *ptr, *argv[MAXARGC];
int argc; if (strtok(buf, WHITE) == NULL) /* an argv[0] is required */
return(-);
argv[argc = ] = buf;
while ((ptr = strtok(NULL, WHITE)) != NULL) {
if (++argc >= MAXARGC-) /* -1 for room for NULL at end */
return(-);
argv[argc] = ptr;
}
argv[++argc] = NULL; /*
* Since argv[] pointers point into the user's buf[],
* user's function can just copy the pointers, even
* though argv[] array will disappear on return.
*/
return((*optfunc)(argc, argv));
} void handle_request(char *buf, int nread, int fd)
{
int newfd;
if (buf[nread-] != ) {
send_err(fd, -, errmsg);
return;
}
if (buf_args(buf, cli_args) < ) { /* parse args & set options */
send_err(fd, -, errmsg);
return;
}
if ((newfd = open(pathname, oflag)) < ) {
send_err(fd, -, errmsg);
return;
}
if (send_fd(fd, newfd) < ) /* send the descriptor */
err_sys("send_fd error");
close(newfd); /* we're done with descriptor */
} /*server端*/
int main(void)
{
int nread;
char buf[MAXLINE];
for (; ; ){
/*一直阻塞着 等着stdin读数据*/
if ((nread = read(STDIN_FILENO, buf, MAXLINE))<) {
err_sys("read error on stream pipe");
}
else if (nread == ) {
break;
}
handle_request(buf, nread, STDOUT_FILENO);
}
exit();
}
其余lib和include中的代码有的是apue书上这个章节的，有的是apue源代码提供的lib，这些不再赘述了。
直接看运行结果（在当前文件夹下面设定了一个xbf的文本文件，流程是让client发送以只读方式打开这个文件的请求，由server打开这个文件，然后再将fd返回）
先得注意msg.msg_controllen与CONTROLLEN是不等的，这是原书勘误表中的一个bug。
server中打开的xbf文件的fd就是存在了msg这个结构体的最后的位置发送过来的。
如果将main.c中的line91注释掉，结果如下：
可以看到，真正client接收到的fd的值，与server端发送时候的fd的值是没有关系的，只是client端哪个最小的fd的值可用，就会用这个fd的值对应上server打开的xbf这个文件。
总结一下，流程是这样的：
（1）server打开xbf文件 →
（2）server将与xbf文件对应的fd挂到cmsghdr的最后 →
（3）server通过fd_pipe产生的unix domain socket将msghdr发送到client端 →
（4）在发送的过程中kernel记录的应该是这个fd对应的file table信息 →
（5）在client接收到这个file table时候，kernel分配一个client端可用的最小fd →
（6）client端获得了一个fd并且这个fd已经指向开打的xbf文件
其余的具体protocol不用细看，但是一些技术细节后面再单独记录。
17.6 An Open Server Version 2
这里主要用到的是naming unix domain socket的技术，为的是可以在unrelated process之间传递file descriptor。
理解这个部分的重点是书上17.29和17.30两个loop函数的实现：一个用的是select函数，一个用的是poll函数。（还需要熟悉守护进程的知识以及command-line argument的解析的套路）
要想迅速串起来这部分的代码，还得回顾一下select和poll函数，这二者的输入参数中都有value-on return类型的，先理解好输入参数。
loop.select.c代码如下：
#include "opend.h"
#include <sys/select.h> void
loop(void)
{
int i, n, maxfd, maxi, listenfd, clifd, nread;
char buf[MAXLINE];
uid_t uid;
fd_set rset, allset; /* 与poll的用法不同 这里喂给select的fd_set是不预先设定大小的
* 而是靠maxfd来标定大小*/
FD_ZERO(&allset);
/* obtain fd to listen for client requests on */
if ((listenfd = serv_listen(CS_OPEN)) < )
log_sys("serv_listen error");
/* 将server这个用于监听的fd加入集合*/
FD_SET(listenfd, &allset);
/* 需要监听的最大的fd就是刚刚分配的listenfd*/
maxfd = listenfd;
maxi = -; for ( ; ; ) {
rset = allset; /* rset gets modified each time around */
/* select中的&rset这个参数 返回的时候只保留ready的fd*/
if ((n = select(maxfd + , &rset, NULL, NULL, NULL)) < )
log_sys("select error");
/* 处理有client发送请求的case*/
if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) {
/* accept new client request */
if ((clifd = serv_accept(listenfd, &uid)) < )
log_sys("serv_accept error: %d", clifd);
i = client_add(clifd, uid);
FD_SET(clifd, &allset); /*A 向allset中增加需要监听的内容*/
if (clifd > maxfd) /* 更新select监控的最大的fd大小*/
maxfd = clifd; /* max fd for select() */
if (i > maxi) /* 更新Client array的大小*/
maxi = i; /* max index in client[] array */
log_msg("new connection: uid %d, fd %d", uid, clifd);
continue;
}
/* 没有新的client 处理Client array中ready的client */
for (i = ; i <= maxi; i++) { /* go through client[] array */
if ((clifd = client[i].fd) < ) /*没被占用的*/
continue;
if (FD_ISSET(clifd, &rset)) { /*在监听的set中*/
/* read argument buffer from client */
if ((nread = read(clifd, buf, MAXLINE)) < ) {
log_sys("read error on fd %d", clifd);
} else if (nread == ) { /* nread=0表明client已经关闭了*/
log_msg("closed: uid %d, fd %d",
client[i].uid, clifd);
client_del(clifd); /* client has closed cxn */
FD_CLR(clifd, &allset); /* B 从allset中删除需要监听的内容*/
close(clifd);
} else { /* process client's request */
handle_request(buf, nread, clifd, client[i].uid);
}
}
}
}
}
loop.pool.c的代码如下：
#include "opend.h"
#include <poll.h> #define NALLOC 10 /* # pollfd structs to alloc/realloc */ static struct pollfd *
grow_pollfd(struct pollfd *pfd, int *maxfd)
{
int i;
int oldmax = *maxfd;
int newmax = oldmax + NALLOC; if ((pfd = realloc(pfd, newmax * sizeof(struct pollfd))) == NULL)
err_sys("realloc error");
for (i = oldmax; i < newmax; i++) {
pfd[i].fd = -;
pfd[i].events = POLLIN;
pfd[i].revents = ;
}
*maxfd = newmax;
return(pfd);
} void
loop(void)
{
int i, listenfd, clifd, nread;
char buf[MAXLINE];
uid_t uid;
struct pollfd *pollfd;
int numfd = ;
int maxfd = NALLOC; /* 先分配10个fd槽 */
if ((pollfd = malloc(NALLOC * sizeof(struct pollfd))) == NULL)
err_sys("malloc error");
for (i = ; i < NALLOC; i++) {
pollfd[i].fd = -;
pollfd[i].events = POLLIN; /*read*/
pollfd[i].revents = ;
} /* obtain fd to listen for client requests on */
if ((listenfd = serv_listen(CS_OPEN)) < )
log_sys("serv_listen error");
client_add(listenfd, ); /* we use [0] for listenfd */
pollfd[].fd = listenfd; for ( ; ; ) {
/* 这里控制的是numfd而不是maxfd*/
if (poll(pollfd, numfd, -) < )
log_sys("poll error");
/* 1. 先判断是否有新的client请求 */
if (pollfd[].revents & POLLIN) {
/* accept new client request */
if ((clifd = serv_accept(listenfd, &uid)) < )
log_sys("serv_accept error: %d", clifd);
client_add(clifd, uid);
/* possibly increase the size of the pollfd array */
/* 如果Client array数量超过了pollfd的数量 就realloc*/
if (numfd == maxfd)
pollfd = grow_pollfd(pollfd, &maxfd);
pollfd[numfd].fd = clifd;
pollfd[numfd].events = POLLIN;
pollfd[numfd].revents = ;
numfd++;
log_msg("new connection: uid %d, fd %d", uid, clifd);
/* 与select不同 这里没有continue 而是可以直接向下进行
* 为什么可以直接向下进行 而select就不可以
* 因为poll使用pollfd来标定需要等着的fd的
* 每个struct pollfd中
* a. 既有关心ready的事件
* b. 又有真正ready的事件
* 处理一个fd并不会影响其他fd的状态*/
}
/* 2. 再判断有哪些ready的client*/
for (i = ; i < numfd; i++) {
if (pollfd[i].revents & POLLHUP) {
goto hungup;
} else if (pollfd[i].revents & POLLIN) {
/* read argument buffer from client */
if ((nread = read(pollfd[i].fd, buf, MAXLINE)) < ) {
log_sys("read error on fd %d", pollfd[i].fd);
} else if (nread == ) {
hungup:
/* the client closed the connection */
log_msg("closed: uid %d, fd %d",
client[i].uid, pollfd[i].fd);
client_del(pollfd[i].fd);
close(pollfd[i].fd);
if (i < (numfd-)) { /* 这个应该是corner case的判断*/
/* 这么做是为了节约空间
* 把末端的fd及相关信息顶到i这个位置上 */
/* pack the array */
pollfd[i].fd = pollfd[numfd-].fd;
pollfd[i].events = pollfd[numfd-].events;
pollfd[i].revents = pollfd[numfd-].revents;
/* 由于把末位的顶到i这个位置上
* 所以要再check一遍这个位置 */
i--; /* recheck this entry */
}
numfd--;
} else { /* process client's request */
handle_request(buf, nread, pollfd[i].fd,
client[i].uid);
}
}
}
}
}
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记录几个遇到的技术细节问题
1. sign extension的问题
上面recv_fd中的line54有一个不是很直观的做法
int status;
char *ptr;
status = *ptr & 0xFF;
ptr是char类型，可以代表0~255的值，代表不同的返回状态。比如*ptr为128的值用二进制表示为1000000。
由于status是int类型占4bytes 32bits，如果直接status = *ptr，就涉及到位扩展的问题，最高位到底是当成符号位还是取值位呢？
（1）首先，char到底是有符号还是无符号的，取决于编译器，见这篇文章（http://descent-incoming.blogspot.jp/2013/02/c-char-signed-unsigned.html）
（2）0xFF默认是无符号int型，高位8都为0
因此，无论char是不是有符号的，一旦与0xFF做了与运算，则相当于把char类型的最高位自动当成了取值位了。就避免了上面提到的符号位扩展的问题。
为了方便记忆，写了一个小例子记录这种sign extension带来的影响：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> int main(int argc, char *argv[])
{
/*验证int的byte数目*/
int status = -;
char c1 = ; /*默认254是int类型占4bytes 转换成char类型占1bytes 直接截取低8位*/
unsigned char c2 = ;
/*gcc编译器 默认的char是有符号的 因为直接从char转换到int是用char的符号位补齐高位*/
status = c1;
printf("status converted from c1 : %d\n", status);
/*如果是unsigned char是没有符号位的 因此从unsigned char转换到int是高位直接补0*/
status = c2;
printf("status converted from c2 : %d\n", status);
/*验证默认的0xFF是4 bytes 32 bits的*/
printf("size of defalut int : %ld\n", sizeof(0xFF));
status = c1 & 0xFF;
printf("status converted from c1 & 0xFF : %d\n", status);
/*如果是1 byte 8 bits的int类型*/
int8_t i8 = 0xFF;
status = c1 & i8;
printf("status converted from c1 & int8_t i8 : %d\n", status);
}
执行结果如下：
上面的例子应该可以包含绝大多数情况了。
这是当时看过的一个不错的资料：http://www.cs.umd.edu/class/sum2003/cmsc311/Notes/Data/signExt.html
2. sizeof与strelen的问题：
http://www.cnblogs.com/carekee/articles/1630789.html
3. 结构体内存对齐问题：
send_fd和recv_fd代码中都用到了一个宏定义CMSG_LEN：查看这个宏在socket.h中的定义，引申出CMSG_ALIGN这个内存对齐的宏定义。
（1）要想回顾CMSG_ALIGN怎么做到内存对齐的，可以参考下面的blog：http://blog.csdn.net/duanlove/article/details/9948947
（2）要想理解为什么要进行内存对齐，可以参考下面的blog：http://www.cppblog.com/snailcong/archive/2009/03/16/76705.html
（3）从实操层面，学习如何计算结构体的内存对齐方法，可以参考下面的blog：http://blog.csdn.net/hairetz/article/details/4084088
把上面的内容总结起来，可得结构体内存对齐如下的结论：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> struct str1{
char a;
char b;
short c;
long d;
}; struct str2{
char a;
}; int main(int argc, char *argv[])
{
struct str2 s2;
struct str1 s1;
char *p;
char c;
short s;
long l; printf("size of str2 : %ld\n", sizeof(struct str2));
printf("addr of str2.a : %p\n", &s2.a);
printf("size of str1 : %ld\n", sizeof(struct str1));
printf("addr of str1.a : %p\n", &s1.a);
printf("addr of str1.b : %p\n", &s1.b);
printf("addr of str1.c : %p\n", &s1.c);
printf("addr of str1.d : %p\n", &s1.d);
printf("addr of char pointer p : %p\n", &p);
printf("addr of char c : %p\n", &c);
printf("addr of long l : %p\n", &l);
printf("addr of short s : %p\n", &s);
}
运行结果如下：
分析：
（1）结构体内存对齐按照上面说的规律
（2）其余的变量内存分配，并不是完全按照变量定义的顺序，我的理解是按照变量的所占字节的大小，字节大的分配在高地址（stack地址分配由高向低生长），这样有助于节约内存空间，降低内存对齐带来的memory的浪费。
另，深入看了一下malloc函数，果然malloc也是考虑了内存对齐的问题的。
（1）man malloc可以看到如下的信息：
（2）这个blog专门讲malloc考虑内存对齐的内存分配机制的：http://blog.csdn.net/elpmis/article/details/4500917
4. 对于char c = 0 和 char c = '\0'问题的解释
二者本质是一样的，只是表述上有所区别，ascii码'\0'的值就是0.
http://*.com/questions/16955936/string-termination-char-c-0-vs-char-c-0
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APUE这本书刷到这里也差不多了，后面两章内容不是很新暂时不刷了。
这本书看过一遍，感觉还是远远不够，以后应该常放在手边翻阅。