鸿蒙OpenHarmony源码分析之分布式软总线：trans_service模块(1)/认证通道管理

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一、 概述

trans_service模块基于系统内核提供的socket通信，向authmanager模块提供设备认证通道管理和设备认证数据的传输；向业务模块提供session管理和基于session的数据收发功能，并且通过GCM模块的加密功能提供收发报文的加解密保护。

二、 源码分析

1. 入口函数为StartListener(),主要是针对Linux系统内核，其它系统之后会有补充，解析如下

/*
函数功能: 启动监听其他设备的连接请求或者新数据响应
函数参数：callback  回调函数的地址；ip  需要绑定的server端ip地址
函数返回值：返回建立TCP连接的套接字的port
详细：监听器的主要作用是监听新连接请求和已建立连接的数据通信。
    1.首先作为server端产生监听套接字fd，然后绑定端口和IP，这里的端口绑定采用了动态分配的方式。
    2.然后创建子线程执行监听任务，采用的是select的io复用方式来处理并发请求。
*/
int StartListener(BaseListener *callback, const char *ip)
{
    if (callback == NULL || ip == NULL) {
        return -DBE_BAD_PARAM;
    }
    g_callback = callback;
    int rc = InitListenFd(ip, SESSIONPORT);//产生并初始化监听描述符，传入的SESSIONPORT为0，绑定0端口号的意义在于动态选取本地可用端口号，不用考虑端口重用的问题
    if (rc != DBE_SUCCESS) {
        return -DBE_BAD_PARAM;
    }
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);//捕获SIGPIPE信号，SIG_IGN表示忽视该信号，不执行SIGPIPE默认操作：终止程序
    ThreadAttr attr = {"auth", 0x800, 20, 0, 0};//初始化线程属性，"auth"为线程名，线程栈大小为0x800 | MIN_STACK_SIZE，单位为字节，线程优先级为20
    register ThreadId threadId = (ThreadId)AuthCreate((Runnable)WaitProcess, &attr);//创建子线程进行监听任务，包括设备认证过程中的新连接或者新数据
    if (threadId == NULL) {//创建子线程失败，则返回-1
        SOFTBUS_PRINT("[TRANS] StartListener AuthCreate fail\n");
        return -1;
    }
    return GetSockPort(g_listenFd);//返回建立TCP连接的套接字的port，因为这里绑定的端口是0，其实是内核随机分配的端口号
}

2. 调用InitListenFd()函数产生并初始化监听套接字fd

/*
函数功能: 产生并初始化监听描述符
函数参数：ip    server端IP地址；port    server端端口
函数返回值：成功返回0，失败返回错误码
详细：
*/
static int InitListenFd(const char *ip, int port)//
{
    if (ip == NULL || g_listenFd != -1) {
        return -DBE_BAD_PARAM;
    }
    if (strncmp(ip, "0.0.0.0", strlen(ip)) == 0) {//如果输入ip为0.0.0.0，则返回错误码
        return -DBE_BAD_PARAM;
    }
    int rc = OpenTcpServer(ip, port);//初始化server端套接字，生成监听fd
    if (rc < 0) {
        SOFTBUS_PRINT("[TRANS] InitListenFd OpenTcpServer fail\n");
        return rc;
    }
    g_listenFd = rc;
    RefreshMaxFd(g_listenFd);//更新最大描述符值，因为后续需要为select函数提供最大描述符值，select函数需要获得监听集合中所有文件描述符的范围
    rc = listen(rc, DEFAULT_BACKLOG);//将该fd从CLOSED转换到LISTEN状态，监听client端（主动端）发起的连接信息
    if (rc != 0) {
        SOFTBUS_PRINT("[TRANS] InitListenFd listen fail\n");
        StopListener();
        return -DBE_LISTEN_FAIL;
    }
    return DBE_SUCCESS;
}

3. OpenTcpServer()函数

/*
函数功能: 初始化server端套接字，绑定ip地址及port
函数参数：ip    需要进行绑定的ip地址；port  需要进行绑定的port
函数返回值：成功返回生成的套接字描述符，失败返回错误码
详细：
*/
int OpenTcpServer(const char *ip, uint16_t port)
{
    if (ip == NULL) {
        return -DBE_BAD_PARAM;
    }
    struct sockaddr_in addr = {0};
    errno = 0;
    int rc = inet_pton(AF_INET, ip, &addr.sin_addr);//将点分十进制的ip字符串转化为网络字节序的32位ip地址
    if (rc <= 0) {
        return -DBE_BAD_IP;
    }
    addr.sin_family = AF_INET;//ipv4
    addr.sin_port = htons(port);//网络字节序的port
    errno = 0;
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//生成基于TCP协议的套接字描述符
    if (fd < 0) {
        return -DBE_OPEN_SOCKET;
    }
    SetServerOption(fd);//设置套接字选项，地址可重用和禁用Nagle算法
    errno = 0;
    rc = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));//绑定server端IP地址和port
    if (rc < 0) {
        ShutDown(fd);
        return -DBE_BIND_SOCKET;
    }
    return fd;
}

4. 创建线程用于设备身份认证：AuthCreate()函数

/*
函数功能: 初始化用于身份验证的线程相关属性并创建线程
函数参数：run   子线程回调函数；attr    线程属性结构体地址
函数返回值：线程id
详细：
*/
ThreadId AuthCreate(Runnable run, const ThreadAttr *attr)
{
    pthread_attr_t threadAttr;
    pthread_attr_init(&threadAttr);//初始化一个线程属性对象threadAttr
    pthread_attr_setstacksize(&threadAttr, (attr->stackSize | MIN_STACK_SIZE));//设置线程的栈大小
    struct sched_param sched = {attr->priority};
    pthread_attr_setschedparam(&threadAttr, &sched);//设置线程调度优先级
    pthread_key_create(&g_localKey, NULL);//创建线程私有的全局数据（TSD），同名而地址不同
    pthread_t threadId = 0;
    int errCode = pthread_create(&threadId, &threadAttr, run, NULL);//创建线程
    if (errCode != 0) {
        return NULL;
    }
    return (ThreadId)threadId;//返回void * 类型的线程id
}

5. 执行线程回调函数WaitProcess()

/*
函数功能: 使用忙等方式，调用select()来监听listenFd和数据g_dataFd的信息，如果监听到有数据可读，则进入ProcessAuthData来处理
函数参数：无
函数返回值：无
详细：
*/
static void WaitProcess(void)
{
    SOFTBUS_PRINT("[TRANS] WaitProcess begin\n");
    fd_set readSet;//可读描述符fd集合
    fd_set exceptfds;//异常描述符fd集合
    while (1) {//轮询监听可读事件或者异常事件的变化
        /*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间，因为事件发生后，文件描述符和时间都被内核修改*/
        FD_ZERO(&readSet);//清空描述符集合
        FD_ZERO(&exceptfds);
        FD_SET(g_listenFd, &readSet);//将监听fd添加到可读集合中
        if (g_dataFd >= 0) {//如果通信描述符存在，将通信描述符添加至可读集合和异常集合中
            FD_SET(g_dataFd, &readSet);
            FD_SET(g_dataFd, &exceptfds);
        }
        int ret = select(g_maxFd + 1, &readSet, NULL, &exceptfds, NULL);//开始监听readSet和exceptfds
        if (ret > 0) {//ret大于0表示监听的集合中有ret个描述符状态发生改变
            if (!ProcessAuthData(g_listenFd, &readSet)) {//处理接收到的认证数据
                SOFTBUS_PRINT("[TRANS] WaitProcess ProcessAuthData fail\n");
                StopListener();//关闭监听器
                break;
            }
        } else if (ret < 0) {//发生错误
            if (errno == EINTR || (g_dataFd > 0 && FD_ISSET(g_dataFd, &exceptfds))) {//产生中断或者异常
                SOFTBUS_PRINT("[TRANS] errno == EINTR or g_dataFd is in exceptfds set.\n");
                CloseAuthSessionFd(g_dataFd);//关闭认证会话的连接
                continue;
            }
            SOFTBUS_PRINT("[TRANS] WaitProcess select fail, stop listener\n");
            StopListener();//关闭监听器
            break;
        }
    }
}

6. ProcessAuthData()函数

/*
函数功能: 处理listenFd的事件调用accept建立连接生成通信描述符g_dataFd，或者处理g_dataFd的通信事件
函数参数：监听描述符listenFd，可读描述符集合
函数返回值：成功返回true，失败返回false
详细：
*/
static bool ProcessAuthData(int listenFd, const fd_set *readSet)
{
    if (readSet == NULL || g_callback == NULL || g_callback->onConnectEvent == NULL ||
        g_callback->onDataEvent == NULL) {
        return false;
    }
    if (FD_ISSET(listenFd, readSet)) {//如果有设备发起连接，响应listenFd事件，accept建立socket连接，然后调用回调函数onConnectEvent处理连接事件
        struct sockaddr_in addrClient = {0};
        socklen_t addrLen = sizeof(addrClient);
        g_dataFd = accept(listenFd, (struct sockaddr *)(&addrClient), &addrLen);//建立socket连接
        if (g_dataFd < 0) {//accept函数执行出错
            CloseAuthSessionFd(listenFd);
            return false;
        }
        RefreshMaxFd(g_dataFd);//更新最大描述符值，因为后续需要为select函数提供最大描述符值，select函数需要获得监听集合中所有文件描述符的范围
        if (g_callback->onConnectEvent(g_dataFd, inet_ntoa(addrClient.sin_addr)) != 0) {//响应连接事件
            CloseAuthSessionFd(g_dataFd);
        }
    }
    if (g_dataFd > 0 && FD_ISSET(g_dataFd, readSet)) {//如果接收到设备发送的可读数据，响应g_dataFd的事件，调用回调函数onDataEvent处理数据传输事件
        g_callback->onDataEvent(g_dataFd);//响应通信事件
    }
    return true;
}

至此，trans_service模块为认证模块提供了认证通道管理和认证数据的收发，具体的认证过程及具体的认证协议在authmanager模块实现。