socketpair用法及用途

 

一.概念及用途

一个问题：如何创建全双工管道？

直接的办法当然是pipe两次，创建两组管道，但是有没有更简单的呢？

socketpair就可以了，man socketpair:

socketpair - create a pair of connected sockets, The two sockets are indistinguishable，也就是说，用socketpair创建出来的两个描述符应该是等价的。

二.用法

#define DATA1 "test string 1"

#define DATA2 "test string 2"

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/un.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

#include <errno.h>

main (  )

{

int sockets[2], child;

char buf[1024];

/* Get the socket pair */

if (   socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sockets ) < 0 ) {

    printf("error %d on socketpair ", errno);

    exit(1);

}

/* create child process */

if ( ( child = fork() ) == -1 ) {

    printf("fork error %d ", errno);

    exit(1);

}

if (child != 0) {  /* this is the parent */

    /* close child's end of socket */

    close( sockets[0]  );

    /* read message from child */

    if ( read(sockets[1], buf, sizeof(buf) ) < 0) {

      printf("error %d reading socket ", errno);

      exit(1);

    }

    printf("parent:-->%s \n", buf);

    /* write message to child */

    if ( write(sockets[1], DATA1, sizeof(DATA1)) < 0 ) {

      printf("error %d writing socket ", errno);

      exit(1);

    }

    /* finished */

    close(sockets[1]);

}

else

 { /* the child */

    /* close parent's end of socket */

    close(sockets[1]);

    /* send message to parent */

    if (write(sockets[0], DATA2, sizeof(DATA1)) < 0) {

      printf("error %d writing socket ", errno);

      exit(1);

    }

    /* get message from parent */

    if (read(sockets[0], buf, sizeof(buf)) < 0) {

      printf("error %d reading socket ", errno);

      exit(1);

    }

    printf("child: -->%s\n ", buf);

    /* finished */

    close(sockets[0]);

}

}

从上面的代码中，我们可以发现，父进程从sockets[1]中读写，子进程从sockets[0]中读写，的确是全双工形态。

唯一值得考虑的是为什么在父子进程中，要分别关闭sockets[0]和sockets[1]呢？

三。一个实现

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <fcntl.h>

#include <stdio.h>

socketpair(af, type, protocol, fd)

int af;

int type;

int protocol;

int fd[2];

{

int listen_socket;

struct sockaddr_in sin[2];

int len;

/* The following is only valid if type == SOCK_STREAM */

if (type != SOCK_STREAM)

   return -1;

/* Create a temporary listen socket; temporary, so any port is good */

listen_socket = socket(af, type, protocol);

if (listen_socket < 0)

   {

   perror("creating listen_socket");

   return -1;

   }

sin[0].sin_family = af;

sin[0].sin_port = 0; /* Use any port number */

sin[0].sin_addr.s_addr = inet_makeaddr(INADDR_ANY, 0);

if (bind(listen_socket, &sin[0], sizeof(sin[0])) < 0)

   {

   perror("bind");

   return -1;

   }

len = sizeof(sin[0]);

/* Read the port number we got, so that our client can connect to it */

if (getsockname(listen_socket, &sin[0], &len) < 0)

   {

   perror("getsockname");

   return -1;

   }

/* Put the listen socket in listening mode */

if (listen(listen_socket, 5) < 0)

   {

   perror("listen");

   return -1;

   }

/* Create the client socket */

fd[1] = socket(af, type, protocol);

if (fd[1] < 0)

   {

   perror("creating client_socket");

   return -1;

   }

/* Put the client socket in non-blocking connecting mode */

fcntl(fd[1], F_SETFL, fcntl(fd[1], F_GETFL, 0) | O_NDELAY);

if (connect(fd[1], &sin[0], sizeof(sin[0])) < 0)

   {

   perror("connect");

   return -1;

   }

/* At the listen-side, accept the incoming connection we generated */

len = sizeof(sin[1]);

if ((fd[0] = accept(listen_socket, &sin[1], &len)) < 0)

   {

   perror("accept");

   return -1;

   }

/* Reset the client socket to blocking mode */

fcntl(fd[1], F_SETFL, fcntl(fd[1], F_GETFL, 0) & ~O_NDELAY);

close(listen_socket);

return 0;

}

采用的是unix domain socket的技术，首先创建一个监听socket，因为是临时性的，其绑定的端口和Ip地址都可以任意（由系统指定即可）， 然后执行listen；接着创建client socket，其描述符为fd[1]，执行connect；最后返回服务端，执行accept，返回的描述符就是实际通信的描述符fd[0]。

四.补充

socketpair还常用于描述符传递的处理中。

我们知道父进程在子进程被fork出来之前打开的文件描述符是能被子进程继承下来的，但是一旦子进程已经创建后，父进程打开的文件描述符要怎样才能传递给子进程呢？Unix提供相应的技术来满足这一需求，这就是同一台主机上进程间的文件描述符传递，很美妙而且强大的技术。

想象一下我们试图实现一个服务器，接收多个客户端的连接，我们欲采用多个子进程并发的形式来处理多客户端的同时连接，这时候我们可能有两种想法：
1、客户端每建立一条连接，我们fork出一个子进程负责处理该连接；
2、预先创建一个进程池，客户端每建立一条链接，服务器就从该池中选出一个空闲(Idle)子进程来处理该连接。
后者显然更高效，因为减少了子进程创建的性能损耗，反应的及时性大大增强。这里恰恰就出现了我们前面提到的问题，所有子进程都是在服务器Listen到一条连接以前就已经fork出来了，也就是说新的连接描述符子进程是不知道的，需要父进程传递给它，它接收到相应的连接描述符后，才能与相应的客户端进行通信处理。这里我们就可以使用'传递文件描述符'的方式来实现。