文件描述符

对内核来说，所有打开的文件都会通过文件描述符引用，文件描述符在进程中是一个非负整数，文件描述符在进程中是从0开始，默认0与标准输入关联、1与标准输出关联、2与标准出错关联。之后进程每打开一个文件或者创建一个新文件的时候，内核都会向进程返回一个文件描述符来表示这个文件，文件描述符是递增的。文件描述符的值与文件没有必然的联系，只是该文件在进程中的一个标识，所以同一文件在不同进程中的文件描述符可能不一样，相同值得文件描述符在不同进程中可能标识不同得文件。文件描述符的取值范围是0~OPEN_MAX。

接下来要明白文件共享涉及的数据结构。

文件数据结构

内核使用三种数据结构来表示打开的文件：

进程中有一个文件描述符表，每个文件描述符占用一项内容，文件描述符与指向对应文件表的指针相关联
内核为进程中打开的文件维护一张文件表，包含文件的状态标志、偏移量、指向v节点的指针
每个打开的文件都有一个v节点，包含了文件类型、对文件进行操作的函数指针、包括i节点

三者的关系如下：

共享文件

在进程间传递文件描述符是非常有用的，通过传递文件描述符，可以让其他进程拥有对文件操作的能力，在网络编程中体现比较多，比如nobody进程协助创建了数据连接，然后将socket的文件描述符传递给服务进程，由服务进程进行数据传输。

这是两个进程分别打开同一文件的情况：

这是进程共享文件描述符的状态·：

所以共享文件描述符就是将不同文件描述符指向一个文件表。这一点与fork产生的父子进程共享已打开的文件描述符是一样的。还要注意，一般文件在关闭文件描述符之后就关闭文件了，但是共享文件的情况不一样，共享文件要等到所有引用的文件描述符关闭之后才可关闭。

UNIX域socket实现传递文件描述符

可以通过UNIX域socket来传递文件描述符，实际是调用了socket中的sendmsg和recvmsg函数，利用sendmsg和recvmsg可以发送附属数据，附属数据可以是是文件描述符，两个函数的原型如下：

ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);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 */
};
//套接口地址成员msg_name与msg_namelen。
//I/O向量引用msg_iov与msg_iovlen。
//附属数据缓冲区成员msg_control与msg_controllen。
//接收信息标记位msg_flags。

其中，对于传递文件描述符有用的成员为：msg_control和msg_controllen，需要注意的是，如果想利用它传递辅助信息，比如文件描述符，必须携带至少一个字节的真实数据，也就是iov指针指向的缓冲区要有数据，iovlen至少是1。

msg_control：指向附属数据缓冲区
msg_controllen：msg_control所指向的这块缓冲的长度

传递附属数据cmsghdr的结构如下：

struct cmsghdr {size_t cmsg_len;    /* Data byte count, including header(type is socklen_t in POSIX) */int    cmsg_level;  /* Originating protocol */int    cmsg_type;   /* Protocol-specific type */
/* followed byunsigned char cmsg_data[]; */
};

首先要明白什么是附属数据，recvmsg与sendmsg函数允许程序发送或是接收附属数据，这些额外的信息受限于一定的格式规则，也就是控制信息头与管理这些信息的宏。

cmsg_len 附属数据的字节计数，这包含结构头的尺寸。这个值是由CMSG_LEN()宏计算的。
cmsg_level 这个值表明了原始的协议级别(例如，SOL_SOCKET)。
cmsg_type 这个值表明了控制信息类型(例如，SCM_RIGHTS)。

为了发送文件描述符，将cmsghdr中的成员设置如下：

cmsg_len 设置为cmsghdr的结构长度加一个整型（文件描述符）的长度；
cmsg_level 设置为SOL_SOCKET
cmsg_type 设置为SCM_SCM_RIGHTS，用以表明我们在传送的内容是访问权，访问权仅能通过UNIX域socket传送

紧随cmsg_type 之后的存放内容，就是描述符。通过CMSG_DATA获取整型量的指针。

如何将文件描述符传递放在附属数据中发送呢？如下：

//附属数据的配置
p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);  //返回附属数据部分的第一个cmsghdr
p_cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET;
p_cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS;
p_cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(fd));  //返回附属数据长度
int *p_fds;
p_fds = (int *) CMSG_DATA(p_cmsg);  //返回附属数据的净荷数据地址
*p_fds = fd;                       //设置待发送的文件描述符 将fd保存在净荷数据地址

这些宏定义的作用如下：

CMSG_FIRSTHDR(): 返回msghdr辅助数据部分指向第一个cmsghdr的指针
CMSG_NXTHDR(): 返回参数中cmsghdr的下一个有效cmsghdr。当msg_control buffer中没有足够剩余的空间的时候，返回NULL
CMSG_ALIGN(): 给定一个长度，其会返回对齐后相应的长度。它是一个常量表达式，其一般实现如下：

#define CMSG_ALIGN(len)  ( ((len)+sizeof(long)-1) & ~(sizeof(long)-1) )

CMSG_SPACE(): 返回辅助数据及其所传递的净荷数据的总长度。即sizeof(cmsg_len) + sizeof(cmsg_level) + sizeof(cmsg_type) + len(cmsg_data)长度进行CMSG_ALIGN后的值.
CMSG_DATA(): 返回cmsghdr的净荷数据部分
CMSG_LEN(): 返回净荷数据长度进行CMSG_ALIGN后的值，一般赋值给cmsghdr.cmsg_len。

为了创建辅助数据，首先初始化msghdr.msg_controllen字段。在msghdr上使用CMSG_FIRSTHDR()来获取第一个控制消息，然后使用CMSG_NXTHDR()来获取后续的控制消息。在每一个控制消息中，使用CMSG_LEN()来初始化cmsghdr.cmsg_len，使用CMSG_DATA()来初始化cmsghdr.cmsg_data部分

参考：https://ivanzz1001.github.io/records/post/linux/2017/11/04/linux-msghdr

所以发送文件描述符的代码如下：

void send_fd(int sock_fd, int fd) {int ret;struct msghdr msg;struct cmsghdr *p_cmsg;  //附属数据struct iovec vec;  msg.msg_name = NULL;  //通过socketpair产生的socket通信 不需要知道ip地址msg.msg_namelen = 0;msg.msg_iov = &vec;msg.msg_iovlen = 1;msg.msg_flags = 0;char sendchar = 0;//至少携带1Byte真实数据vec.iov_base = &sendchar;vec.iov_len = sizeof(sendchar);char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(fd))];  //附属数据缓冲区大小msg.msg_control = cmsgbuf;   //指向附属数据msg.msg_controllen = sizeof(cmsgbuf);//附属数据的配置p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);  //返回附属数据部分的第一个cmsghdrp_cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET;p_cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS;p_cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(fd));  //返回附属数据长度int *p_fds;p_fds = (int *) CMSG_DATA(p_cmsg);  //返回附属数据的净荷数据地址*p_fds = fd;                       //设置待发送的文件描述符 将fd保存在净荷数据地址ret = sendmsg(sock_fd, &msg, 0);  //发送描述符if (ret != 1)ERR_EXIT("sendmsg");
}

在接收文件描述符的时候：

int recv_fd(const int sock_fd) {int ret;struct msghdr msg;struct iovec vec;int recv_fd;char recvchar;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;char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(recv_fd))];msg.msg_control = cmsgbuf;msg.msg_controllen = sizeof(cmsgbuf);msg.msg_flags = 0;int *p_fd;p_fd = (int *) CMSG_DATA(CMSG_FIRSTHDR(&msg));*p_fd = -1;  //先将文件描述符设置为-1 后面判断是否接收到ret = recvmsg(sock_fd, &msg, 0);  //接收文件描述符if (ret != 1)ERR_EXIT("recvmsg");struct cmsghdr *p_cmsg;p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);  //返回附属数据部分的第一个cmsghdrif (p_cmsg == NULL)ERR_EXIT("no passed fd");p_fd = (int *) CMSG_DATA(p_cmsg);  //取出第一个cmsghdr中的内容 即传递的文件描述符recv_fd = *p_fd;if (recv_fd == -1)ERR_EXIT("no passed fd");return recv_fd;
}

Linux 进程间传递文件描述符相关推荐

Linux高级进程编程———在任意两个进程间传递文件描述符：使用 sendmsg 和 recvmsg 实现
进程间传递打开的文件描述符,并不是传递文件描述符的值.那么在传递时究竟传递了什么?我们要先搞明白这个问题. 1.文件描述符文件描述符的值与文件没有任何联系,只是该文件在进程中的一个标识,所以同一文件 ...
Linux中进程间传递文件描述符的方法
在进行fork调用后,由于子进程会拷贝父进程的资源,所以父进程中打开的文件描述符在子进程中仍然保持着打开,我们很容易的就将父进程的描述符传递给了子进程.但是除了这种情况下,如果想将某个父进程在子进程创 ...
android进程间传递文件描述符原理
在Linux中,进程打开一个文件,返回一个整数的文件描述符,然后就可以在这个文件描述符上对该文件进行操作.那么文件描述符和文件到底是什么关系?进程使用的是虚拟地址,不同进程间是地址隔离的,如何在两个进 ...
进程间传递文件描述符--sendmsg,recvmsg(可用)
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> ...
不相干进程之间传递文件描述符
#include <sys/socket.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <unistd. ...
[转] linux系统文件流、文件描述符与进程间关系详解
http://blog.sina.com.cn/s/blog_67b74aea01018ycx.html linux(unix)进程与文件的关系错综复杂,本教程试图详细的阐述这个问题. 包括: ...
Linux的辅助数据和传递文件描述符
简介首先,明确传递文件描述符的意义.一般来说,在多进程网络编程中,我们设置一个主进程用于监听新来的连接,设置一个进程池,用于处理这些连接.但是,与线程池不同,进程池各个进程之间的空间是独立的,直接共 ...
linux c中的文件描述符与打开文件之间的关系
转载请说明出处:http://blog.csdn.net/cywosp/article/details/38965239 1. 概述在Linux系统中一切皆可以看成是文件,文件又可分为:普通 ...
Linux虚拟文件系统、文件描述符、管道
在Linux中,所有内容都是以文件的形式保存和管理的,即一切皆文件,普通文件是文件,目录(Windows下称为文件夹)是文件,硬件设备(键盘.监视器.硬盘.打印机等)都是文件,就连套接字(socket ...

Linux 进程间传递文件描述符

文章目录

文件描述符

文件数据结构

共享文件

UNIX域socket实现传递文件描述符

Linux 进程间传递文件描述符相关推荐

最新文章

热门文章