在進程間傳送打開的文件描述符的能力是非常有用的，可以用它對客戶進程/服務器進程應用進行不同的設計。它使一個進程（一般是服務器進程）能夠處理為打開一個文件所要求的一切操作（具體如將網絡名翻譯為網絡地址、撥號調制解調器、協商文件鎖等）以及向調用進程送回一描述符，該描述符可被用于以后的所有I/O函數。涉及打開文件或設備的所有細節對客戶進程而言都是隱藏的。
下面進一步說明從一個進程向另一個進程“傳送一打開的文件描述符”的含義?；貞沨ttp://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3498509.html中的圖3-2，其中顯示了兩個進程，它們打開了同一文件。雖然它們共享同一v節點表，但每個進程都有它自己的文件表項。
當一個進程向另一個進程傳送一打開的文件描述符時，我們想要發送進程和接收進程共享同一文件表項。圖17-8顯示了所希望的安排。
圖17-8 從頂部進程傳送一個打開的文件至底部進程
在技術上，發送進程實際上向接收進程傳送一個指向一打開文件表項的指針。該指針被分配存放在接收進程的第一個可用描述符項中。（注意，不要造成錯覺，以為發送進程和接收進程中的描述符編號是相同的，通常它們是不同的。）兩個進程共享同一打開文件表項，在這一點上與fork之后，父、子進程共享打開文件表項的情況完全相同（參考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3509492.html中圖8-1所示）。
當發送進程將描述符傳送給接收進程后，通常它關閉該描述符。發送進程關閉該描述符并不造成關閉該文件或設備，其原因是該描述符對應的文件仍被視為由接收者進程打開（即使接收進程尚未接收到該描述符）。
下面定義三個函數以發送和接收文件描述符。本節將會給出對于STREAMS和套接字的這三個函數的不同實現代碼。
#include "apue.h"int send_fd(int fd, int fd_to_send);int send_err(int fd, int status, const char *errmsg);兩個函數返回值：若成功則返回0，出錯則返回-1int recv_fd(int fd, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t));返回值：若成功則返回文件描述符，出錯則返回負值
當一個進程（通常是服務器進程）希望將一個描述符傳送給另一個進程時，它調用send_fd或send_err。等待接收描述符的進程（客戶進程）調用recv_fd。
send_fd經由fd代表的STREAMS管道或UNIX域套接字發送描述符fd_to_send。
send_err函數用fd發送errmsg以及后隨的status字節。status的值應在-1到-255之間。
客戶進程調用recv_fd接收一描述符。如果一切正常（發送者調用了send_fd），則作為函數值返回非負描述符。否則，返回值是由send_err發送的status（-1到-255之間的一個值）。另外，如果服務器進程發送了一條出錯消息，則客戶進程調用它自己的userfunc處理該消息。userfunc的第一個參數是常量STDERR_FILENO，然后是指向出錯消息的指針及其長度。userfunc函數的返回值是已寫的字節數或負的出錯編號值?？蛻暨M程常將userfunc指定為通常的write函數。
我們實現了用于這三個函數的我們自己指定的協議。為發送一描述符，send_fd先發送兩個0字節，然后是實際描述符。為了發送一條出錯消息，send_err發送errmsg，然后是1個0字節，最后是status字節的絕對值（1-255）。recv_fd讀s管道（可以實現為STREAMS管道或UNIX域套接字的雙向通信管道）中所有字節直至null字符。null字符之前的所有字符都傳送給調用者的userfunc。recv_fd讀到的下一個字節是status字節。若status字節為0，那么一個描述符已傳送過來，否則表示沒有描述符可接收。
send_err函數在將出錯消息寫到STREAMS管道后，即調用send_fd函數。如程序清單17-11所示。
程序清單17-11 send_err函數
#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.*/intsend_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 negtive */ if(send_fd(fd, errcode) < 0) return(-1); return(0);}1、經由基于STREAMS的管道傳送文件描述符
文件描述符用兩個ioctl命令經由STREAMS管道交換，這兩個命令是：I_SENDFD和I_RECVFD。為了發送一個描述符，將ioctl的第三個參數設置為實際描述符。
程序清單17-12 STREAMS管道的send_fd函數
#include "apue.h"#include <stropts.h>/** 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 bytes 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);}當接收一個描述符時，ioctl的第三個參數是一指向strrecvfd結構的指針。
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讀STREAMS管道直到接收到雙字節協議的第一個字節（null字節）。當發出I_RECVFD ioctl命令時，位于流首讀隊列中的下一條消息應當是一個描述符，它是由I_SENDFD發來的，或者是一條出錯消息。
程序清單17-13 STREAMS管道的recv_fd函數
#include "apue.h"#include <stropts.h>/** Receive a file descirpor 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(). */intrecv_fd(int fd, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t)){ itn 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 */ } }2、經由UNIX域套接字傳送文件描述符
為了用UNIX域套接字交換文件描述符，調用sendmsg（2）和recvmsg（2）函數（http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3567376.html）。這兩個函數的參數中都有一個指向msghdr結構的指針，該結構包含了所有有關收發內容的信息。該結構的定義大致如下：
struct msghdr { void *msg_name; /* optional address */ socklen_t msg_namelen; /* address size in bytes */ struct iovec *msg_iov; /* array of I/O buffers */ int msg_iovlen; /* number of elements in array */ void *msg_control; /* ancillary data */ socklen_t msg_controllen; /* number of ancillary bytes */ int msg_flags; /* flags for received message */};其中，頭兩個元素通常用于在網絡連接上發送數據報文，在這里，目的地址可以由每個數據報文指定。下面兩個元素使我們可以指定由多個緩沖區構成的數組（散布讀和聚集寫），這與對readv和writev函數（http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3559304.html）的說明一樣。msg_flags字段包含了說明所接收到消息的標志，這些標志摘要示于表16-9中（http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3567376.html）。
有兩個參數用來處理控制信息的傳送和接收：msg_control字段指向cmsghdr（控制信息首部）結構，msg_contrllen字段包含控制信息的字節數。
struct cmsghdr { socklen_t cmsg_len; /* data byte count, including header */ int cmsg_level; /* originating protocol */ int cmsg_type; /* protocol-specific type */ /* followed by the actual control message data */};為了發送文件描述符，將cmsg_len設置為cmsghdr結構的長度加一個整型（描述符）的長度，cmsg_level字段設置為SOL_SOCKET，cmsg_type字段設置為SCM_RIGHTS，用以指明我們在傳送訪問權。（SCM指的是套接字級控制信息，socket_level cnotrol message。）訪問權僅能通過UNIX域套接字傳送。描述符緊隨cmsg_type字段之后存放，用CMSG_DATA宏獲得該整型量的指針。
三個宏用于訪問控制數據，一個宏用于幫助計算smsg_len所使用的值。
#include <sys/socket.h>unsigned char *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cp);返回值：指向與cmsghdr結構相關聯的數據的指針struct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr *mp);返回值：指向與msghdr結構相關聯的第一個cmsghdr結構的指針，若無這樣的結構則返回NULLstruct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *mp, struct cmsghdr *cp);返回值：指向與msghdr結構相關聯的下一個cmsghdr結構的指針，該msghdr結構給出了當前cmsghdr結構，若當前cmsghdr結構已是最后一個則返回NULLunsigned int CMSG_LEN(unsigned int nbytes);返回值：為nbytes大小的數據對象分配的長度
Single UNIX規范定義了前三個宏，但沒有定義CMSG_LEN。
GMSG_LEN宏返回為存放長度為nbytes的數據對象（控制數據）所需的字節數。它先將nbytes加上cmsghdr結構（控制數據頭部）的長度，然后按處理機體系結構的對齊要求進行調整，最后再向上取整。
程序清單17-14 UNIX域套接字的send_fd函數
#include "apue.h"#include <sys/socket.h>/* 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 *//** 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){ struct iovec iov[1]; struct msghdr msg; char buf[2]; /* send_fd()/recv_fd() 2-byte protocol */ iov[0].iov_base = buf; iov[0].iov_len = 2; msg.msg_iov = iov; msg.msg_iovlen = 1; msg.msg_name = NULL; msg.msg_namelen = 0; if(fd_to_send < 0) { msg.msg_control = NULL; msg.msg_controllen = 0; buf[1] = -fd_to_send; /* nonzero status means error */ if(buf[1] == 0) buf[1] = 1; /* -256, etc. would screw up protocol */ } else { if(cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL) return(-1); cmptr->cmsg_level = SOL_SOCKET; cmptr->cmsg_type = SCM_RIGHTS; cmptr->cmsg_len = CONTROLLEN; msg.msg_control = cmptr; msg.msg_controllen = CONTROLLEN; *(int *)CMSG_DATA(cmptr) = fd_to_send; /* the fd to pass */ buf[1] = 0; /* zero status means ok */ } buf[0] = 0; /* null byte flag to recv_fd() */ if(sendmsg(fd, &msg, 0) != 2) return(-1); return(0);}在sendmsg調用中，發送雙字節協議數據（null和status字節）和描述符。
為了接收文件描述符，我們為cmsghdr結構和描述符分配足夠大的空間，將msg_control指向該存儲空間，然后調用recvmsg。我們使用MSG_LEN宏計算所需空間的總量。
我們從UNIX域套接字讀入，直至讀到null字節，它位于最后的status字節之前。null字節之前是一條來自發送者的出錯消息。
程序清單17-15 UNIX域套接字的recv_fd函數
#include "apue.h"#include <sys/socket.h> /* struct msghdr *//* size of control buffer to send/recv one file descriptor */#define CONTOLLEN 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().*/intrecv_fd(int fd, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t)){ int newfd, nr, status; char *ptr; char buf[MAXLINE]; struct iovec iov[1]; struct msghdr msg; status = -1; for(;;) { iov[0].iov_base = buf; iov[0].iov_len = sizeof(buf); msg.msg_iov = iov; msg.msg_iovlen = 1; msg.msg_name = NULL; msg.msg_namelen = 0; if(cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL) return(-1); msg.msg_control = cmptr; msg.msg_controllen = CONTROLLEN; if((nr = recvmsg(fd, &msg, 0)) < 0) { err_sys("recvmsg error"); } else if(nr == 0) { err_ret("connection close by server"); return(-1); } /* * See if this is the final data with null & status. Null * is next to last byte to buffer; status byte is last byte. * Zero status means there is a file descriptor to receive. */ for(ptr = buf; ptr < &buf[nr];) { if(*ptr++ == 0) { if(ptr != &buf[nr - 1]) { err_dump("message format error"); } status = *ptr & 0xFF; /* prevent sign extension */ if(status == 0) { if(msg.msg_controllen != CONTROLLEN) { err_dump("status = 0 but no fd"); } newfd = *(int *)CMSG_DATA(cmptr); } else { newfd = -status; } nr -= 2; } } if(nr > 0 && (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nr) != nr) return(-1); if(status >= 0) /* final data has arrived */ return(newfd); /* descriptor, or -status */ }}注意，該程序總是準備接收一描述符（在每次調用recvmsg之前，設置msg_control和msg_controllen），但是僅當在返回時，msg_controllen非0，才確實接收到一描述符。
在傳送文件描述符方面，UNIX域套接字和STREAMS管道之間的一個區別是，用STREAMS管道時我們得到發送進程的身份。
FreeBSD 5.2.1和linux 2.4.22支持在UNIX域套接字上發送憑證，但實現方式不同。
在FreeBSD，將憑證作為cmsgcred結構傳送。
#define CMGROUP_MAX 16struct cmsgcred { pid_t cmcred_pid; /* sender's process ID */ uid_t cmcred_uid; /* sender's real UID */ uid_t cmcred_euid; /* sender's effective UID */ gid_t cmcred_gid; /* sender's read GID */ short cmcred_ngroups; /* number of groups */ gid_t cmcred_groups[CMGROUP_MAX]; /* groups */};當傳送憑證時，僅需為cmsgcred結構保留存儲空間。內核將填充該結構以防止應用程序偽裝成具有另一種身份。
在Linux中，將憑證作為ucred結構傳送。
struct ucred { uint32_t pid; /* sender's process ID */ uint32_t uid; /* sender's user ID */ uint32_t gid; /* sender's group ID */};不同于FreeBSD的是，Linux要求在傳送前先將結構初始化。內核將確保應用程序使用對應于調用程序的值，或具有適當的權限使用其他值。
程序清單17-16 在UNIX域套接字上發送憑證
#include "apue.h"#include <sys/socket.h>#if define(SCM_CRED) /* BSD interface */#define CREDSTRUCT cmsgcred#define SCM_CREDTYPE SCM_CREDS#elif define(SCM_CREDENTIALS) /* Linux interface */#define CREDSTRUCT ucred#define SCM_CREDTYPE SCM_CREDENTIALS#else#error passing credentials is unsupported!#endif/* 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 *//** 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){ struct CREDSTRUCT *credp; struct cmsghdr *cmp; struct iovec iov[1]; struct msghdr msg; char buf[2]; /* send_fd()/recv_fd() 2-byte protocol */ iov[0].iov_base = buf; iov[0].iov_len = 2; msg.msg_iov = iov; msg.msg_iovlen = 1; msg.msg_name = NULL; msg.msg_namelen = 0; msg.msg_flags = 0; if(fd_to_send < 0) { msg.msg_control = NULL; msg.msg_controllen = 0; buf[1] = -fd_to_send; /* nonzero status means error */ if(buf[1] == 0) buf[1] = 1; /* -256, etc. would screw up protocol */ } else { if(cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL) return(-1); msg.msg_control = cmptr; msg.msg_controllen = CONTROLLEN; cmp = cmptr; cmp->cmsg_level = SOL_SOCKET; cmp->cmsg_type = SCM_RIGHTS; cmp->cmsg_len = RIGHTSLEN; *(int *)CMSG_DATA(cmp) = fd_to_send; /* the fd to pass */ cmp = CMSG_NXTHDR(&msg, cmp); cmp->cmsg_level =SOL_SOCKET; cmp->cmsg_type = SCM_CREDTYPE; cmp->cmsg_len = CREADSLEN; credp = (struct CREADSTRUCT *)CMSG_DATA(cmp);#if defined(SCM_CREDENTIALS) credp->uid = geteuid(); credp->gid = getegid(); credp->pid = getpid();#endif buf[1] = 0; /* zero status means ok */ } buf[0] = 0; /* null byte flag to recv_fd() */ if(sendmsg(fd, &msg, 0) != 2) return(-1); return(0);}注意，只是Linux上才需要初始化憑證結構。
程序清單17-17 在UNIX域套接字上接收憑證
#include "apue.h"#include <sys/socket.h> /* struct msghdr */**************************************#if define(SCM_CRED) /* BSD interface */#define CREDSTRUCT cmsgcred#define CR_UID cmcred_uid#define CREDOPT LOCAL_PEERCRED#define SCM_CREDTYPE SCM_CREDS#elif define(SCM_CREDENTIALS) /* Linux interface */#define CREDSTRUCT ucred#define CR_UID uid#define CREDOPT SO_PASSCRED#define SCM_CREDTYPE SCM_CREDENTIALS#else#error passing credentials is unsupported!#endif/* size of control buffer to send/recv one file descriptor */#define RIGHTSLEN CMSG_LEN(sizeof(int))#define CREDSLEN CMSG_LEN(sizeof(struct CREDSTRUCT))#define CONTROLLEN (RIGHTSLEN + CREDSLEN)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().*/intrecv_fd(int fd, uid_t *uidptr, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t)){ struct cmsghdr *cmp; struct CREDSTRUCT *credp; int newfd, nr, status; char *ptr; char buf[MAXLINE]; struct iovec iov[1]; struct msghdr msg; const int on = 1; status = -1; newfd = -1; if(setsockopt(fd, SOL_SOCKET, CREDOPT, &on, sizeof(int)) < 0) { err_ret("setsockopt failed"); return(-1); } for(;;) { iov[0].iov_base = buf; iov[0].iov_len = sizeof(buf); msg.msg_iov = iov; msg.msg_iovlen = 1; msg.msg_name = NULL; msg.msg_namelen = 0; if(cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL) return(-1); msg.msg_control = cmptr; msg.msg_controllen = CONTROLLEN; if((nr = recvmsg(fd, &msg, 0)) < 0) { err_sys("recvmsg error"); } else if(nr == 0) { err_ret("connection close by server"); return(-1); } /* * See if this is the final data with null & status. Null * is next to last byte to buffer; status byte is last byte. * Zero status means there is a file descriptor to receive. */ for(ptr = buf; ptr < &buf[nr];) { if(*ptr++ == 0) { if(ptr != &buf[nr - 1]) { err_dump("message format error"); } status = *ptr & 0xFF; /* prevent sign extension */ if(status == 0) { if(msg.msg_controllen != CONTROLLEN) { err_dump("status = 0 but no fd"); } /* process the control data */ for(cmp = CMSG_FIRSTHDR(&msg); cmp != NULL; cmp = CMSG_NXTHDR(&msg, cmp)) { if(cmp->cmsg_level != SOL_SOCKET) continue; switch(cmp->cmsg_type) { case SCM_RIGHTS: newfd = *(int *)CMSG_DATA(cmptr); break; case SCM_CREDTYPE: credp = (struct CREDSTRUCT *)CMSG_DATA(cmp); *uidptr = credp->CR_UID; } } } else { newfd = -status; } nr -= 2; } } if(nr > 0 && (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nr) != nr) return(-1); if(status >= 0) /* final data has arrived */ return(newfd); /* descriptor, or -status */ }}本篇博文內容摘自《UNIX環境高級編程》（第二版），僅作個人學習記錄所用。關于本書可參考：http://www.apuebook.com/。
新聞熱點
疑難解答
