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細說linux IPC(一):基於socket的程序間通訊(上)

    【版權宣告:尊重原創,轉載請保留出處:blog.csdn.net/shallnet 或 .../gentleliu,文章僅供學習交流,請勿用於商業用途】
    在一個較大的工程當中,一般都會有多個程序構成,各個功能是一個獨立的程序在執行。既然多個程序構成一個工程,那麼多個程序之間肯定會存在一些資訊交換或共享資料,這就涉及到程序間通訊。程序間通道有很多種,比如有最熟悉網路程式設計中的socket、還有共享記憶體、訊息佇列、訊號、管道等很多方式,每一種方式都有自己的適用情況,在本系列文章中筆者將會對多種程序間通訊方式進行詳解,一是對自己工作多年在這方面的經驗做一個積累,二是將其分享給各位民工,或許還能從大家的拍磚當中得到意外收穫。
 
socket網路程式設計可能使用得最多,經常用在網路上不同主機之間的通訊。其實在同一主機內通訊也可以使用socket來完成,socket程序通訊與網路通訊使用的是統一套介面,只是地址結構與某些引數不同。在使用socket建立套接字時通過指定引數domain是af_inet(ipv4因特網域)或af_inet6(ipv6因特網域)或af_unix(unix域)來實現。
在筆者這一篇文章中曾有詳細介紹建立socket通訊流程及基礎知識。
http://blog.csdn.net/shallnet/article/details/17734919

 
首先來看一下使用af_inet域以及本地環回地址來實現本地主機程序間通訊。
服務程序建立監聽套接字:
int ser_afinet_listen(int port)
{
    int                 listenfd, on;
    struct sockaddr_in  seraddr;
 
    listenfd = socket(af_inet, sock_stream, 0);
    if (listenfd < 0) {
        fprintf(stderr, "socket: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    on = 1;
    setsockopt(listenfd, sol_socket, so_reuseaddr, &on, sizeof(on));
 
    seraddr.sin_family = af_inet;
    seraddr.sin_port = port;
    seraddr.sin_addr.s_addr = htonl(inaddr_any);
 
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
        fprintf(stderr, "bind: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    if (listen(listenfd, sock_ipc_max_conn) < 0) {
        fprintf(stderr, "listen: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    return listenfd;
}

服務程序處理連線請求如下:
int ser_accept(int listenfd)
{
    int                 connfd;
    struct sockaddr_un  cltaddr;
    ssize_t             recvlen, sendlen;
    char                buf[sock_ipc_max_buf];
    socklen_t           addrlen;
 
    addrlen = sizeof(cltaddr);
    for (;;) {
        connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cltaddr, &addrlen);
        if (connfd < 0) {
            fprintf(stderr, "accept: %s\n", strerror(errno));
            return -1;
        }
 
        if (recvlen = ipc_recv(connfd, buf, sizeof(buf)) < 0) {
            continue;
        }
 
        printf("recv: %s\n", buf);
        snprintf(buf, sizeof(buf), "hello, ipc client!");
        if (ipc_send(connfd, buf, strlen(buf)) < 0) {
            continue;
        }
 
        close(connfd);
    }
}
 
客戶程序初始化如下:
指定要連線的伺服器地址為本地換回地址,這樣傳送的連線就會回到本地服務程序。
int clt_afinet_conn_init(int port)
{
    int                 fd;
 
    fd = socket(af_inet, sock_stream, 0);
    if (fd < 0) {
        fprintf(stderr, "socket: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    seraddr.sin_family = af_inet;
    seraddr.sin_port = port;
    if (inet_pton(af_inet, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr) < 0) {//環回地址
        fprintf(stderr, "inet_pton: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    return fd;
}

    客戶程序向服務程序傳送接收請求如下:
if (connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
        fprintf(stderr,  "connect: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    if ((sendlen = ipc_send(fd, buf, strlen(buf))) < 0) {
        return -1;
    }
 
    if ((recvlen = ipc_recv(fd, buf, sizeof(buf))) < 0) {
        return -1;
    }
 

服務程序先執行,客戶程序執行:
# ./client
recv: hello, ipc client!
# ./server
recv: hello ipc server!
通訊過程完成。
建立型別為af_unix(或af_local)的socket,表示用於程序通訊。
socket程序通訊與網路通訊使用的是統一套介面:
#include<sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
其中,domain 引數指定協議族,對於本地套接字來說,其值被置為 af_unix 列舉值,隨便說一下,af_unix和af_local是同一個值,看下面linux/socket.h標頭檔案部分如下,兩個巨集的值都一樣為1。
         ……
/* supported address families. */
#define af_unspec       0
#define af_unix         1       /* unix domain sockets          */
#define af_local        1       /* posix name for af_unix       */
#define af_inet         2       /* internet ip protocol         */
#define af_ax25         3       /* amateur radio ax.25          */
……
以af_xx開頭和pf_xx開頭的域都是一樣的,繼續看標頭檔案部分內容就一切都明白了:
……
#define pf_unspec       af_unspec
#define pf_unix         af_unix
#define pf_local        af_local
#define pf_inet         af_inet
#define pf_ax25         af_ax25
……
所以我們在指定socket的型別時這四個域可以隨便用啦,筆者這裡統一使用af_unix了。
type 引數可被設定為 sock_stream(流式套接字)或 sock_dgram(資料報式套接字),對於本地套接字來說,流式套接字(sock_stream)是一個有順序的、可靠的雙向位元組流,相當於在本地程序之間建立起一條資料通道;資料報式套接字(sock_dgram)相當於單純的傳送訊息,在程序通訊過程中,理論上可能會有資訊丟失、複製或者不按先後次序到達的情況,但由於其在本地通訊,不通過外界網路,這些情況出現的概率很小。
本地套接字的通訊雙方均需要具有本地地址,地址型別為 struct sockaddr_un結構體(位於linux/un.h):
#ifndef _linux_un_h
#define _linux_un_h
 
#define unix_path_max   108
 
struct sockaddr_un {
        sa_family_t sun_family; /* af_unix */
        char sun_path[unix_path_max];   /* pathname */
};
 #endif /* _linux_un_h */
建立監聽套接字:
int ser_afunix_listen(const char *pathname)
{
    int                 listenfd, on;
    struct sockaddr_un  seraddr;
 
    listenfd = socket(af_unix, sock_stream, 0);
    if (listenfd < 0) {
        fprintf(stderr, "socket: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    unlink(pathname);
    seraddr.sun_family = af_unix;
    snprintf(seraddr.sun_path, sizeof(seraddr.sun_path), "%s", pathname);
 
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(struct sockaddr_un)) < 0) {
        fprintf(stderr, "bind: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    if (listen(listenfd, sock_ipc_max_conn) < 0) {
        fprintf(stderr, "listen: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    return listenfd;
}
服務程序處理連線請求類似上面網路通訊。
 
客戶程序初始化套接字過程為:
int clt_afunix_conn_init(const char *pathname)
{
    int                 fd;
    struct sockaddr_un  localaddr;
 
    fd = socket(af_unix, sock_stream, 0);
    if (fd < 0) {
        fprintf(stderr, "socket: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    localaddr.sun_family = af_unix;
    snprintf(localaddr.sun_path, sizeof(localaddr.sun_path), "%s-cltid%d", pathname, getpid());
 
    if (bind(fd, (struct sockaddr *)&localaddr, sizeof(struct sockaddr_un)) < 0) {
        fprintf(stderr, "bind: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    seraddr.sun_family = af_unix;
    snprintf(seraddr.sun_path, sizeof(seraddr.sun_path), "%s", pathname);
 
    return fd;
}

客戶程序向服務程序傳送接收請求類似上面網路通訊。
執行結果同網路通訊部分。
本節僅僅給出了一個很簡單的通訊程式,僅僅簡單實現了客戶程序和服務程序之間的通訊,在下一節筆者將會在本節示例的基礎上做修改,寫一個在實際應用中可以使用的程式碼。
本節示例程式碼下載連結:
 http://download.csdn.net/detail/gentleliu/8140459