操作系統(tǒng)unix環(huán)境高級(jí)編程

1、第15章高級(jí)進(jìn)程間通信15.1引言上一章說(shuō)明了各種UNIX系統(tǒng)提供的IPC經(jīng)典方法，包括:管道、FIFO、消息隊(duì)列、信號(hào)量和共享。本章介紹某些高級(jí)的IPC以及它們的應(yīng)用方法，包括:流管道和命名流管道。使用這些機(jī)制，可以在進(jìn)程間傳送打開(kāi)文件描述符。在分別為每一個(gè)客戶進(jìn)程提供一個(gè)通道的系統(tǒng)中，這些通信機(jī)制使客戶進(jìn)程能與精靈服務(wù)進(jìn)程會(huì)合。 4.2BSD和SVR3.2最早提供這些高級(jí)形式的IPC，但是至今尚未廣泛使用，也缺少參考文獻(xiàn)。本章中很多來(lái)自 Pressotto和Ritchie1990的。15.2流管道流管道是一個(gè)雙向（全雙工）管道。單個(gè)流管道就能向父、子進(jìn)程提供雙向的數(shù)據(jù)流。圖 15-1顯示了

2、觀察流管道的兩種方式。它與圖 14-1的唯一區(qū)別是雙向箭頭連線，因?yàn)榱鞴艿朗侨p工的。圖15-1 觀察流管道的兩種方式實(shí)例下面用一個(gè)流管道再次實(shí)現(xiàn)了程序 14-9的協(xié)作進(jìn)程實(shí)例。程序15-1是新的main函數(shù)。add2協(xié)作進(jìn)程與程序14-8中的相同。程序15-1調(diào)用了創(chuàng)建一個(gè)流管道的新函數(shù)s_pipe。（下面將說(shuō)明該函數(shù)的SVR4和4.3+BSD版本。）程序15-1 用流管道驅(qū)動(dòng)add2過(guò)濾進(jìn)程的程序用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程或流管通內(nèi)核356UNIX環(huán)境高級(jí)編程父程序只使用fd0，子程序只使用fd1 。因?yàn)榱鞴艿赖拿恳欢硕际侨p工的，所以父進(jìn)程讀、寫fd0，而子程序?qū)d1到標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出。圖15

3、-2顯示了由此的描述符。第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信357s_pipe函數(shù)定義為與標(biāo)準(zhǔn)pipe函數(shù)類似。它的調(diào)用參數(shù)與pipe相同，但返回的描述符以讀 -寫方式打開(kāi)。實(shí)例 SVR4下的s_pipe函數(shù)程序15-2是s_pipe函數(shù)的SVR4版本。它只是調(diào)用創(chuàng)建全雙工管道的標(biāo)準(zhǔn)pipe函數(shù)。程序15-2 s_pipe函數(shù)的SVR4版本圖15-3顯示了SVR4之下管道的基本結(jié)構(gòu)。它主要是兩個(gè)相互連接的流首。因?yàn)楣艿朗且环N流設(shè)備，故可將處理模塊壓入管道的任一一端。15.5.1節(jié)將用此技術(shù)提供一個(gè)可以裝配名管道。實(shí)例 4.3+BSD之下的s_pipe函數(shù)程序15-3是s_pipe函數(shù)的BSD版本。此函數(shù)

4、在 4.2BSD及以后的各版本中起作用。它創(chuàng)建一對(duì)互連的UNIX域流套接口。程序15-3 s_pipe函數(shù)的BSD版本自4.2BSD開(kāi)始，常規(guī)的管道已用此方式實(shí)現(xiàn)。但是，當(dāng)調(diào)用 pipe時(shí)，第一個(gè)描述符的寫端和第二個(gè)描述符的讀端都被關(guān)閉。為獲得全雙工管道，必須直接調(diào)用socketpair。用戶進(jìn)程流首流首內(nèi)核圖15-3 SVR4之下的管道在系統(tǒng)V的早期版本中也可以創(chuàng)建流管道，但要進(jìn)行的處理較多。有關(guān)在 SVR3.2下創(chuàng)建流管道的詳細(xì)情況，請(qǐng)參閱Stevens1990。父進(jìn)程子進(jìn)程(協(xié)作進(jìn)程)圖15-2 為協(xié)作進(jìn)程安排的描述符358UNIX環(huán)境高級(jí)編程15.3傳送文件描述符在進(jìn)程間傳送打開(kāi)文件描

5、述符的能力非常有用。用此可以對(duì)客戶機(jī) /服務(wù)器應(yīng)用進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)。它允許一個(gè)進(jìn)程（一般是服務(wù)器）處理與打開(kāi)一個(gè)文件有關(guān)的所有操作（涉及的細(xì)節(jié)可能是：將網(wǎng)絡(luò)名翻譯為網(wǎng)絡(luò)地址、撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器、協(xié)商文件鎖等。）以及向調(diào)用進(jìn)程返回一描述符，該描述符可被用于以后的所有 I/O函數(shù)。打開(kāi)文件或設(shè)備的所有細(xì)節(jié)對(duì)客戶而言都是透明的。下面進(jìn)一步說(shuō)明“從一個(gè)進(jìn)程向另一個(gè)進(jìn)程傳送一打開(kāi)文件描述符”的含義?；貞泩D 3-2，其中顯示了兩個(gè)進(jìn)程，它們打開(kāi)了同一文件。雖然它們共享同一 v節(jié)點(diǎn)表，但每個(gè)進(jìn)程都有它自己的文件表項(xiàng)。當(dāng)從一個(gè)進(jìn)程向另一個(gè)進(jìn)程傳送一打開(kāi)文件描述符時(shí)，想要發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程共享同一文件表項(xiàng)。圖15-4

6、顯示了所希望的安排。在技術(shù)上，發(fā)送進(jìn)程實(shí)際上向接受進(jìn)程傳送一個(gè)指向一打開(kāi)文件表項(xiàng)的指針。該指針被分配存放在接收進(jìn)程的第一個(gè)可用描述符項(xiàng)中。（注意，不要得到錯(cuò)覺(jué)以為發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程中的描述符是相同的，通常它們是不同的。）這種情況與在fork之后，父、子進(jìn)程完全共個(gè)打開(kāi)文件表項(xiàng)相同（見(jiàn)圖 8-1）。當(dāng)發(fā)送進(jìn)程將描述符傳送給接收進(jìn)程后，通常它關(guān)閉該描述符。發(fā)送進(jìn)程關(guān)閉該描述符并不造成關(guān)閉該文件或設(shè)備，其原因是該描述符對(duì)應(yīng)的文件仍需為接收進(jìn)程打開(kāi)（即使接收進(jìn)程尚未接收到該描述符）。圖15-4 從上一進(jìn)程傳送一個(gè)打開(kāi)文件至下一進(jìn)程進(jìn)程表項(xiàng)fd標(biāo)志 ptr文件表 文件狀態(tài)標(biāo)志當(dāng)前文件位移v節(jié)點(diǎn)表v節(jié)點(diǎn)指

7、針v節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)程表項(xiàng)i節(jié)點(diǎn)信息fd標(biāo)志 ptr當(dāng)前文件長(zhǎng)度4.2BSD支持傳送打開(kāi)描述符，但其實(shí)施中有些錯(cuò)誤。4.3BSD排除了這些錯(cuò)誤。 SVR3.2及以上版本都支持傳送打開(kāi)描述符。第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信359下面定義本章使用的三個(gè)函數(shù)（第18章也將使用）以發(fā)送和接收文件描述符。本節(jié)將會(huì)給出對(duì)于SVR4和4.3+BSD的這三個(gè)函數(shù)的不同實(shí)現(xiàn)。#include ourhdr.h send_fd(pipefd,send_err(pipefd,filedes);s us, const char e*rrmsg);兩個(gè)函數(shù)返回：若成功則為0，若出錯(cuò)則為-1recv_fd(pipefd, ssiz

8、e_t (u*serfunc)( , const void *, size_t); 返回：若成功則為文件描述符，若出錯(cuò)則 0當(dāng)一個(gè)進(jìn)程（通常是服務(wù)器）希望將一個(gè)描述符傳送給另一個(gè)進(jìn)程時(shí)，它調(diào)用 send_fd或 send_err。等待接收描述符的進(jìn)程（客戶機(jī)）調(diào)用recv_fd。send_fd經(jīng)由流管道spipefd發(fā)送描述符filedes。send_err 經(jīng)由流管道spipefd發(fā)送errmsg和 sus字節(jié)。sus的值應(yīng)在1255之間客戶機(jī)調(diào)用recv_fd接收一描述符。如果一切正常（發(fā)送者調(diào)用了send_fd），則作為函數(shù)值返回非負(fù)描述符。否則，返回值是由 send_err發(fā)送的sus

9、（1255之間的一個(gè)值）。另外，如果服務(wù)器發(fā)送了一條出錯(cuò)消息，則客戶機(jī)調(diào)用它自己的 userfunc處理該消息。userfunc的第一個(gè)參數(shù)是常數(shù)STDERR_FILENO，然后是指向出錯(cuò)消息的指針及其長(zhǎng)度。客戶機(jī)指定為UNIX的write函數(shù)。userfunc自己制定的協(xié)議。為發(fā)送一描述符， send_fd先發(fā)送兩實(shí)現(xiàn)了用于這三個(gè)函數(shù)的個(gè)0字節(jié)，然后是實(shí)際描述符。為了發(fā)送一條出錯(cuò)消息， send_err 發(fā)送errmsg，然后是1個(gè)0字節(jié)，最后是s us字節(jié)的絕對(duì)值（1255）。recv_fd讀流管道中所有字節(jié)直至null字符。null字符之前的所有字符都送給調(diào)用者的 userfunc。re

10、cv_fd讀到的下一個(gè)字節(jié)是s us字節(jié)。若s us字節(jié)為0，那么一個(gè)描述符已傳送，否則表示沒(méi)有接收到描述符send_err函數(shù)在將出錯(cuò)消息寫到流管道后，即調(diào)用send_fd函數(shù)。這示于程序15-4中。程序15-4 send_err函數(shù)360UNIX環(huán)境高級(jí)編程以下三節(jié)介紹了在SVR4、4.3BSD和4.3+BSD下，兩個(gè)函數(shù)send_fd和recv_fd的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。15.3.1 SVR4在SVR4之下，文件描述符用兩個(gè)ioctl命令在一流管道換，這兩個(gè)命令是： I_SENDFD和I_RECVFD。為了發(fā)送一描述符，將ioctl的第三個(gè)參數(shù)設(shè)置為實(shí)際描述符。這示于程序15-5中。程序15-5S

11、VR4的send_fd函數(shù)當(dāng)接收一描述符時(shí)，ioctl的第三個(gè)參數(shù)是一指向strrecvfd結(jié)構(gòu)的指針。recv_fd讀流管道直到接收到雙字節(jié)協(xié)議的第一個(gè)字節(jié)（ null字節(jié)）當(dāng)發(fā)出帶I_RECVFD命令的ioctl時(shí)，在流讀首處的第一條消息應(yīng)當(dāng)是一個(gè)描述符，它是由 I_SENDFD發(fā)來(lái)的，或者得到一條出錯(cuò)消息。這示于程序15-6中。程序15-6 SVR4的recv_fd函數(shù)高級(jí)進(jìn)程間通信361第 15章15.3.2 4.3BSD不幸的是，對(duì)于4.3BSD以及在其基礎(chǔ)上構(gòu)造的SunOS和Ultrix，以及從4.3BSD Reno開(kāi)始的后續(xù)版本必須提供不同的實(shí)現(xiàn)。為了交換文件描述符，調(diào)用send

12、msg(2)和recvmsg(2)函數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)的參數(shù)中都有一個(gè)指向m s g h d r的指針，該結(jié)構(gòu)包含了所有關(guān)于要發(fā)送和接收消息的信息。該結(jié)構(gòu)定義在 頭文件中，在BSD4.3之下，其樣式是：362UNIX環(huán)境高級(jí)編程頭兩個(gè)元素通常用于在網(wǎng)絡(luò)連接上發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文，在這里，目的地址可以由每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文指定。下面兩個(gè)元素使可以指定緩存的數(shù)組（散布讀和寫），這如同對(duì)readv和writev函數(shù)（見(jiàn)12.7節(jié)）的說(shuō)明一樣。最后兩個(gè)元素處理存取權(quán)的傳送和接收。當(dāng)前唯一定義的存取權(quán)是文件描述符。存取權(quán)僅可一個(gè)UNIX域套接口傳送（即在4.3BSD之為流管道所使用的）。為了發(fā)送或接收一文件描述符，將msg

13、_accrights設(shè)置為指向該整型描述符，將msg_accrightslen設(shè)置為描述符的長(zhǎng)度（即整型的長(zhǎng)度）。僅當(dāng)此長(zhǎng)度非0時(shí)，才傳送或接收描述符。程序15-7是4.3BSD的send_fd函數(shù)。程序15-7 4.3BDS的send_fd函數(shù)第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信363在sendmsg調(diào)用中，發(fā)送雙字節(jié)協(xié)議數(shù)據(jù)（ null和sus字節(jié)）和描述符。為了接收一文件描述符，從流管道讀，直至讀到 null字節(jié)，它位于最后的sus字節(jié)之前。 null字節(jié)之前是一條出錯(cuò)消息，它來(lái)自發(fā)送者。這示于程序15-8。程序15-8 4.3BSD的recv_fd函數(shù)364UNIX環(huán)境高級(jí)編程注意，該程序總是準(zhǔn)

14、備接收一描述符（在每次調(diào)用 recvmsg之前，設(shè)置msg_accrights和 msg_accrightslen），但是僅當(dāng)在返回時(shí)msg_accrightslen非0，才確實(shí)接收到一描述符。15.3.3 4.3+BSD從4.3BSD Reno開(kāi)始，更改了msghdr結(jié)構(gòu)的定義。在以前版本中被稱之為“存取權(quán)”的最后兩個(gè)元素改稱為“輔助數(shù)據(jù)”。另外，在該結(jié)構(gòu)結(jié)束處增加了一個(gè)新成員msg_flags?，F(xiàn)在，msg_control字段指向一個(gè)cmsghdr（控制消息頭）結(jié)構(gòu)。為了發(fā)送一文件描述符，將cmsg_len設(shè)置為cmsghdr結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度加一個(gè)整型（描述符）的長(zhǎng)度。將cmsg_level設(shè)置為

15、SOL_SOCKET，cmsg_type設(shè)置為SCM_RIGHTS，這表明正在傳送的是存取權(quán)（ SCM表示套接口級(jí)控制消息）。實(shí)際描述符的存放位置緊隨在 cmsy_type字段之后，使用CMSG_DATA宏以獲得指向該整型數(shù)的指針。程序15-9示出了4.3BSD Reno之下的send_fd函數(shù)。程序15-9 4.3BSD的send_fd函數(shù)第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信365為了接收一描述符（見(jiàn)程序15-10），為cmsghdr結(jié)構(gòu)和一描述符分配了足夠的區(qū)，設(shè)置msg_control使其指向所分配到的區(qū)，然后調(diào)用recvmsg。程序15-10 4.3BSD Reno的recv_fd函數(shù)366UN

16、IX環(huán)境高級(jí)編程15.4open服務(wù)器第1版目前，使用文件描述符傳送技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)open服務(wù)器：它是一個(gè)可執(zhí)行程序，由一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行以打開(kāi)一個(gè)或多個(gè)文件。該服務(wù)器不是將文件送回調(diào)用進(jìn)程，而是送回一個(gè)打開(kāi)文件描述符。這使該服務(wù)器對(duì)任何類型的文件（例如調(diào)制解調(diào)器線或網(wǎng)絡(luò)連接）而不單是普通文件都能起作用。這也意味著，用 IPC交換最小量的信息 從客戶機(jī)到服務(wù)器傳送文件名和打開(kāi)方式，而從服務(wù)器到客戶機(jī)返回描述符。文件內(nèi)容則不需用IPC傳送。將服務(wù)器設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的可執(zhí)行程序有很多優(yōu)點(diǎn)：任一客戶機(jī)都易于和服務(wù)器聯(lián)系，這類似于客戶機(jī)調(diào)用一庫(kù)函數(shù)。不需要將一特定服務(wù)編碼在應(yīng)用程序中，而是設(shè)計(jì)一種可供重用的設(shè)

17、施。如若需要更改服務(wù)器，那么也只影響一個(gè)程序。相反，更新一庫(kù)函數(shù)可能要更改調(diào)用此庫(kù)函數(shù)的所有程序（用連編程序重新連接）。共享庫(kù)函數(shù)可以簡(jiǎn)化這種更新。(3) 服務(wù)器可以是設(shè)置-用戶-ID程序，于是使其具有客戶機(jī)沒(méi)有的附加權(quán)。注意，一第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信367個(gè)庫(kù)函數(shù)（或共享庫(kù)函數(shù)）不能提供這種能力?？蛻魴C(jī)創(chuàng)建一流管道，然后調(diào)用 fork和exec以調(diào)用服務(wù)器?？蛻魴C(jī)經(jīng)流管道發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器經(jīng)管道回送響應(yīng)。定義客戶機(jī)和服務(wù)器間的協(xié)議如下：客戶機(jī)經(jīng)流管道向服務(wù)器發(fā)送下列形式的請(qǐng)求：open 0是open函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)，以十進(jìn)制表示。該請(qǐng)求字符串以null字節(jié)結(jié)尾。服務(wù)器調(diào)用send_fd 或

18、send_err回送一打開(kāi)描述符或一條出錯(cuò)消息。這是一個(gè)進(jìn)程向其父進(jìn)程發(fā)送一打開(kāi)描述符的實(shí)例。 15.6節(jié)將修改此實(shí)例，其中使用了一個(gè)精靈服務(wù)器，它將一個(gè)描述符發(fā)送給完全無(wú)關(guān)的進(jìn)程。程序15-11是頭文件open.h，它包括標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)頭文件，并且定義了各個(gè)函數(shù)原型。程序15-11 open.h頭文件程序15-12是main函數(shù)，其中包含一個(gè)循環(huán)，它先從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀一個(gè)路徑名，然后將該文至標(biāo)準(zhǔn)輸出。它調(diào)用函數(shù)csopen以與open服務(wù)器聯(lián)系，從其返回一打開(kāi)描述符。件程序15-12 main函數(shù)368UNIX環(huán)境高級(jí)編程程序15-13是函數(shù)csopen，它先創(chuàng)建一流管道，然后進(jìn)行服務(wù)器的fork和e

19、xec操作。程序15-13csopen函數(shù)子進(jìn)程關(guān)閉管道的一端，父進(jìn)程關(guān)閉另一端。子進(jìn)程也為它所執(zhí)行的服務(wù)器將管道的一端到其標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出 0（另一種可選擇的方案是將描述符fd1的ASCII 表示形式作為一個(gè)參數(shù)傳送給服務(wù)器。）父進(jìn)程將請(qǐng)求發(fā)送給服務(wù)器，請(qǐng)求中包含路徑名和打開(kāi)方式。最后，父進(jìn)程調(diào)用 recv_fd以返回描述符或錯(cuò)誤消息。如果服務(wù)器返回一錯(cuò)誤消息則調(diào)用write，向標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)輸出該消息?，F(xiàn)在，觀察 open服務(wù)器。其程序是 opend，它由子進(jìn)程執(zhí)行（見(jiàn)程序 15 - 13 ）。先觀察第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信369opend.h頭文件（見(jiàn)程序15-14），它包括了系統(tǒng)頭文件，

20、并且說(shuō)明了全局變量和函數(shù)原型。程序15-14 opend.h頭文件main函數(shù)（見(jiàn)程序15-15）經(jīng)流管道（它的標(biāo)準(zhǔn)輸入）讀來(lái)自客戶機(jī)的請(qǐng)求，然后調(diào)用函數(shù)request。程序15-15 main函數(shù)程序15-16中的request 函數(shù)承擔(dān)全部工作。它調(diào)用函數(shù) buf_args將客戶機(jī)請(qǐng)求分解成標(biāo)準(zhǔn) argv型的參數(shù)表，然后調(diào)用函數(shù)cli_args處理客戶機(jī)的參數(shù)。如果一切正常，則調(diào)用open打開(kāi)相應(yīng)文件，接著調(diào)用send_fd，經(jīng)由流管道（它的標(biāo)準(zhǔn)輸出）將描述符回送給客戶機(jī)。如果出錯(cuò)則調(diào)用send_err回送一則出錯(cuò)消息，其中使用了前面說(shuō)明的客戶機(jī)-服務(wù)器協(xié)議?？蛻魴C(jī)請(qǐng)求是一個(gè)空的中斷的字符

21、串，其參數(shù)由空格分隔。程序 15-17中的buf_args函數(shù)將字符串分解成標(biāo)準(zhǔn)argv型參數(shù)表，并調(diào)用用戶函數(shù)處理參數(shù)。本節(jié)稍后及第18章將用到該函數(shù)。使用ANSI C函數(shù)strtok將字符串分割成參數(shù)。程序15-16 request函數(shù)370UNIX環(huán)境高級(jí)編程程序15-17buf_args函數(shù)第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信371buf_args調(diào)用的服務(wù)器函數(shù)是cli_args（見(jiàn)程序15-18）。它驗(yàn)證客戶機(jī)發(fā)送的參數(shù)是否正確，然后將路徑名和打開(kāi)方式存放在全局變量中。這樣也就完成了open服務(wù)器，它由客戶機(jī)執(zhí)行fork和exec而調(diào)用。在fork之前創(chuàng)建了一個(gè)流管道，然后客戶機(jī)和服務(wù)器用其

22、進(jìn)行通信。在這種安排下，每個(gè)客戶機(jī)都有一服務(wù)器。在下一節(jié)觀察了客戶機(jī)-服務(wù)器連接后，在15.6節(jié)重新實(shí)現(xiàn)一個(gè)open服務(wù)器，其中用一個(gè)精靈進(jìn)程作為服務(wù)器，所有客戶機(jī)都與其進(jìn)行聯(lián)系。程序15-18 cli_args函數(shù)15.5客戶機(jī)-服務(wù)器連接函數(shù)對(duì)于相關(guān)進(jìn)程（例如，父進(jìn)程進(jìn)程）之間的 IPC，流管道非常有用。前節(jié)所述的open服務(wù)器使用未命名的流管道能從子進(jìn)程向父進(jìn)程傳送文件描述符。但是當(dāng)處理無(wú)關(guān)進(jìn)程時(shí)（例如，若服務(wù)器是一精靈進(jìn)程），則需要使用有名的流管道。可以先構(gòu)造一未命名流管道（用s_pipe 函數(shù)），然后對(duì)每一端加上一文件系統(tǒng)路徑名。精靈進(jìn)程服務(wù)器將只創(chuàng)建流管道的一端，并對(duì)該端加上一名字

23、。這樣，無(wú)關(guān)的客戶機(jī)可以向服務(wù)者的流管道端發(fā)送消息，從而與精靈進(jìn)程會(huì)聚。這類似于圖 14-11中所示的情況，在該圖中客戶機(jī)使用FIFO發(fā)送它們的請(qǐng)求。一種更好的方法是：服務(wù)器創(chuàng)建一名字公開(kāi)的流管道的一端，然后客戶機(jī)連接至該端。另外，每次一個(gè)新客戶機(jī)連至服務(wù)器名流管道時(shí)，就在客戶機(jī)和服務(wù)器之間創(chuàng)建一條全新的流管道。這樣，每次一個(gè)新客戶機(jī)連接至服務(wù)器，以及客戶機(jī)終止時(shí)，服務(wù)器都會(huì)得到通知。 SVR4和4.3+BSD都支持這種形式的IPC。本節(jié)將開(kāi)發(fā)三個(gè)函數(shù)，客戶機(jī) -服務(wù)器可以使用這些函數(shù)以建立上述針對(duì)每個(gè)客戶機(jī)的連接。#include ourhdr.h serv_listen(const ch

24、anram*e);返回：若成功則返回為文件描述符，若出錯(cuò)則 0372UNIX環(huán)境高級(jí)編程首先，一個(gè)服務(wù)器應(yīng)當(dāng)宣布，它愿意聽(tīng)取客戶機(jī)在一個(gè)眾所名字上的連接，該名字是在文件系統(tǒng)中的一個(gè)路徑名。為此調(diào)用 serv_listen，其參數(shù)name是服務(wù)器的眾所名字。客戶機(jī)希望與服務(wù)器連接時(shí)使用此名字。該函數(shù)的返回值是命名流管道服務(wù)器端的文件描述符。一旦服務(wù)器已調(diào)用serv_listen，它將調(diào)用serv_accept等待客戶連接到達(dá)。#include ourhdr.h serv_accept(tenfd, uid_t u*idptr);返回：若成功則返回為文件描述符，若出錯(cuò)則 0listenfd是ser

25、v_listen返回的描述符。在客戶機(jī)連接到服務(wù)器眾所的名字上之前，此函數(shù)并不返回。當(dāng)客戶機(jī)連接至服務(wù)器時(shí)，自動(dòng)創(chuàng)建一條全新的流管道，其新描述符作為該函數(shù)的值返回。另外，客戶機(jī)的有效用戶ID通過(guò)指針uidptr客戶機(jī)為與服務(wù)器連接只需調(diào)用cli_conn函數(shù)。#include ourhdr.h cli_conn(const ch a nram*e);返回：若成功則返回為文件描述符，若出錯(cuò)則 0客戶指定的name應(yīng)當(dāng)與服務(wù)器調(diào)用serv_listen時(shí)宣布的相同。返回的描述符務(wù)器的流管道連接至服使用上述三個(gè)函數(shù)，就可編寫服務(wù)器精靈進(jìn)程，它可以管理任一數(shù)量的客戶機(jī)。唯一的限制是單個(gè)進(jìn)程可用的描述符

26、數(shù)，服務(wù)器對(duì)于每一個(gè)客戶機(jī)連接都需要一個(gè)描述符。因?yàn)檫@些函數(shù)處理的都是普通文件描述符，所以服務(wù)器使用 select或poll就可在所有客戶機(jī)之間多路轉(zhuǎn)接 I/O請(qǐng)求。最后，因?yàn)榭蛻魴C(jī)-服務(wù)器連接都是流管道，所以可以經(jīng)由連接傳送打開(kāi)描述符。下面兩節(jié)將說(shuō)明在SVR4和4.3+BSD之下這三個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。第 18章開(kāi)發(fā)一個(gè)通用的連接服務(wù)器時(shí)，也將使用這三個(gè)函數(shù)。15.5.1 SVR4SVR4提供裝配的流以及一個(gè)名為 connld的流處理模塊，用其可以提供與服務(wù)器有唯一連接名流管道。裝配流和connld模塊是由Presotto和Ritchie1990為Researc的，后來(lái)由SVR4采用。IX系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

27、首先，服務(wù)器創(chuàng)建一未命名流管道，并將流處理模塊connld壓入一端。圖15-5顯示了這一處理結(jié)果。然后，使壓入 c o n n l d 的一端具有一路徑名。S V R 4 提供f a t t a c h 函數(shù)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。任一進(jìn)程（例如客戶機(jī)）打開(kāi)此路徑名就名端。該管道程序15-19使用了20余行代碼實(shí)現(xiàn)serv_listen函數(shù)。用戶進(jìn)程流首流首內(nèi)核圖15-5 在一端壓入connld模塊后的流管道第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信373程序15-19SVR4的serv_listen函數(shù)當(dāng)另一進(jìn)程對(duì)管道名端（ connld模塊壓入端）調(diào)用open時(shí)，發(fā)生下列處理過(guò)程：創(chuàng)建一個(gè)新管道。該新管道的一個(gè)描述符

28、作為open的返回值回送給客戶機(jī)。另一個(gè)描述符在命名管道的另一端（亦即不是壓入 connld的端）傳送給服務(wù)器。服務(wù)器以帶I_RECVFD命令的ioctl接受該新描述符。假定服務(wù)器用fattach函數(shù)加到其管道的眾所調(diào)用：fd=open(/tmp/serv1, O_RDWR); 并返回后產(chǎn)生的結(jié)果。的名字是/tmp/serv1。圖15-6顯示了客戶機(jī)圖15-6 客戶機(jī)-服務(wù)器在命名管道上的連接客戶機(jī)服務(wù)器流首流首流首流首內(nèi)核374UNIX環(huán)境高級(jí)編程客戶機(jī)和服務(wù)器之間的管道是open創(chuàng)建的，被打開(kāi)的路徑名實(shí)際上是一命名管道，其中壓入了connld模塊?？蛻魴C(jī)得到由open返回的文件描述符fd。

29、服務(wù)器處的新文件描述符是clifdl，它是由服務(wù)器在描述符fd0上以I_RECVFD命令調(diào)用ioctl而接收到的。一旦服務(wù)器在fd1上壓入了connld模塊，并對(duì)fd1附接上一個(gè)名字，它就不再使用fd1。服務(wù)器調(diào)用程序15-20中的serv_accept函數(shù)等待客戶機(jī)連接到達(dá)。程序15-20 SVR4的serv_accept函數(shù)在圖15-6中，serv_accept的第一個(gè)參數(shù)應(yīng)當(dāng)是描述符fd0，serv_accept的返回值是描述符 clifdl?？蛻魴C(jī)調(diào)用程序15-21中的cli_conn函數(shù)起動(dòng)對(duì)服務(wù)器的連接。程序15-21 SVR4的cli_conn函數(shù)對(duì)返回的描述符是否一個(gè)流設(shè)備進(jìn)行

30、了兩次檢查，以便處理服務(wù)器沒(méi)有起動(dòng)，但該路徑名卻存在于文件系統(tǒng)中的情況。（在SVR4下，幾乎沒(méi)理由去調(diào)用cli_conn，而不第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信375是直接調(diào)用 open。下一節(jié)將看到，在 BSD系統(tǒng)之下， cli_conn函數(shù)要復(fù)雜得多，因此編寫 cli_conn函數(shù)就很必要。）15.5.2 4.3+BSD在4.3+BSD之下，為了用UNIX域套接口連接客戶機(jī)和服務(wù)器，需要有一套不同的操作函數(shù)。因?yàn)閼?yīng)用socket、bind、listen、accept和connect函數(shù)的大部分細(xì)節(jié)與其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有關(guān)（參見(jiàn)Stevens1990），所以此處不詳細(xì)展開(kāi)。程序15-22包含了serv_l

31、isten函數(shù)。它是服務(wù)器調(diào)用的第一個(gè)函數(shù)。程序15-224.3+BSD的serv_listen函數(shù)首先，調(diào)用socket函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)UNIX域套接口。然后，填充sockeraddr_un結(jié)構(gòu)，將一個(gè)眾的路徑名賦與該套接口。該結(jié)構(gòu)是調(diào)用bind函數(shù)的一個(gè)參數(shù)。然后調(diào)用listen以通知內(nèi)核：所本服務(wù)器正等待來(lái)自客戶機(jī)的連接。（listen的第二個(gè)參數(shù)是 5，它是最大的未決連接請(qǐng)求數(shù)，因?yàn)镾VR4也支持UNIX域套接口，所以本節(jié)所示代碼同樣可在SVR4之下工作。376UNIX環(huán)境高級(jí)編程內(nèi)核將這些請(qǐng)求對(duì)該描述符進(jìn)行排隊(duì)。大多數(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制該值的上限為 5。）客戶機(jī)調(diào)用cli_conn函數(shù)（見(jiàn)程序15

32、-23）起動(dòng)與服務(wù)器的連接。程序15-23 4.3+BSD的cli_conn函數(shù)第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信377調(diào)用socket函數(shù)以創(chuàng)建客戶端的UNIX域套接口，然后客戶機(jī)的名字填入socketaddr_un結(jié)構(gòu)。該路徑名的最后 5個(gè)字符是客戶機(jī)的進(jìn)程ID（可以查證此結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度是 14個(gè)字符，以避免UNIX域套接口早期實(shí)現(xiàn)的某些錯(cuò)誤）。在路徑名已經(jīng)存在的情況下調(diào)用 unlink，然后再調(diào)用bind將一名字賦與客戶機(jī)的套接口，這就創(chuàng)建了文件系統(tǒng)中的路徑名，該文件的類型是套接口。接著調(diào)用 od，它關(guān)閉除user_read，user_write和user_execute以外的存取權(quán)。在serv_a

33、ccept中，服務(wù)器檢查該套接口的這些權(quán)和用戶ID，以驗(yàn)證用戶的。然后，以服務(wù)器眾所與服務(wù)器的連接。的路徑名填充另一個(gè)socketaddr_un結(jié)構(gòu)。最后， connect函數(shù)起動(dòng)創(chuàng)建每個(gè)客戶機(jī)與服務(wù)器的唯一連接是通過(guò)在 serv_accept函數(shù)中調(diào)用accept函數(shù)實(shí)現(xiàn)的（見(jiàn)程序15-24）。程序15-24 4.3+BSD的serv_accept函數(shù)378UNIX環(huán)境高級(jí)編程服務(wù)器在調(diào)用accept中堵塞以等待客戶機(jī)調(diào)用cli_conn。當(dāng)accept返回時(shí)，其返回值是連向客戶機(jī)的全新的描述符（這類似于 S V R 4 中 connld模塊所做的）。另外， accept也通過(guò)其第二個(gè)參數(shù)（

34、指向socketaddr_un結(jié)構(gòu)的指針）返回客戶機(jī)賦與其套接口的路徑名（它包含客戶機(jī)的進(jìn)程ID）。用null字節(jié)結(jié)束此路徑名，然后調(diào)用s。這使個(gè)套接口，其 user_execute?？梢则?yàn)證此路徑名確實(shí)是一權(quán) user_read，user_write和也驗(yàn)證與該套接口相關(guān)的三個(gè)時(shí)間不超過(guò)30秒。（time函數(shù)返回自UNIX紀(jì)元經(jīng)過(guò)的時(shí)間和日期，它們都以秒計(jì)。）如果所有這些檢查都通過(guò)，則認(rèn)為該客戶機(jī)的（其有效用戶ID）是該套接口的所有者。雖然這種檢查并不完善，但卻是現(xiàn)有系統(tǒng)所能做得最好的。（如果內(nèi)核能像SVR4 I_RECVFD做的那樣，將有效用戶ID返回給accept，那就更好一些。）圖15

35、-7顯示了cli_conn調(diào)用返回后的這種連接，假定服務(wù)器眾所請(qǐng)將此圖與圖15-6相比較。15.6open服務(wù)器第2版的名字是 /tmp/serv1。在15.4節(jié)中，客戶機(jī)調(diào)用fork和exec構(gòu)造了一個(gè)open服務(wù)器，它說(shuō)明了如何從子程序向父程序傳送文件描述符。本節(jié)將開(kāi)發(fā)一個(gè)精靈進(jìn)程樣式的 open服務(wù)器。一個(gè)服務(wù)器處理所有客戶機(jī)的請(qǐng)求。由于避免使用了fork和exec，期望這一設(shè)計(jì)會(huì)更有效的。在客戶機(jī)和服務(wù)器之間仍將使用上一節(jié)說(shuō)明的三個(gè)函數(shù)： serv_listen、serv_accept和cli_conn。這一服務(wù)器將表明：一個(gè)服務(wù)器可以處理多個(gè)客戶機(jī)，為此使用的技術(shù)是12.5節(jié)中說(shuō)明的

36、select和poll函數(shù)。本節(jié)所述的客戶機(jī)類似于15.4節(jié)中的客戶機(jī)。確實(shí)，文件main.c是完全相同的（見(jiàn)程序15-12）。在open h頭文件（見(jiàn)程序15-11）中則加了下面1行：#define CS_OPEN /home/stevens/open /* servers well-known name */ 因?yàn)樵谶@里調(diào)用的是cli_conn而非fork和exec，所以文件open.c與程序15-13完全不同。這示于程序15-25中。程序15-25 csopen函數(shù)客戶機(jī)服務(wù)器套接口套接口套接口內(nèi)核圖15-7 UNIX域套接口上客戶機(jī)-服務(wù)器連接高級(jí)進(jìn)程間通信379第 15章客戶機(jī)與服務(wù)

37、器之間使用的協(xié)議仍然相同。讓先查看服務(wù)器。頭文件opend.h（見(jiàn)程序15-26）包括了標(biāo)準(zhǔn)頭文件，并且說(shuō)明了全局變量和函數(shù)原型。程序15-26open.h頭文件因?yàn)榇朔?wù)器處理所有客戶機(jī)，所以它必須保存每個(gè)客戶機(jī)連接的狀態(tài)。這是用定義在opend.h頭文件中的cnt數(shù)組實(shí)現(xiàn)的。程序15-27定義了三個(gè)處理此數(shù)組的函數(shù)。380UNIX環(huán)境高級(jí)編程程序15-27處理cnt數(shù)組的三個(gè)函數(shù)第一次調(diào)用cnt_add時(shí)，它調(diào)用cnt_alloc、cnt_alloc又調(diào)用malloc為該數(shù)組的10個(gè)登記項(xiàng)分配空間。在這10個(gè)登記項(xiàng)全部用完后，再調(diào)用cnt_add，使realloc分配附加空間。依靠這種動(dòng)態(tài)

38、空間分配，無(wú)需在編譯時(shí)限制cnt數(shù)組的長(zhǎng)度。第 15章 高級(jí)進(jìn)程間通信381如果出錯(cuò)，那么因?yàn)榧俣ǚ?wù)器是精靈進(jìn)程，所以這些函數(shù)調(diào)用log_函數(shù)（見(jiàn)附錄B）。 main函數(shù)（見(jiàn)程序15-28）定義全局變量，處理命令行選擇項(xiàng)，然后調(diào)用 loop函數(shù)。如果以-d選擇項(xiàng)調(diào)用服務(wù)器，則它以交互方式運(yùn)行而非精靈進(jìn)程。當(dāng)測(cè)試些服務(wù)器時(shí)，使用交互運(yùn)行方式。程序15-28 main函數(shù)loop函數(shù)是服務(wù)器的無(wú)限循環(huán)。給出該函數(shù)的兩種版本。程序 15-29是使用select的一種版本。（在4.3+BSD和SVR4之下工作），程序15-30是使用poll（用于SVR4）的另一種版本。程序15-29 使用selec

39、t的loop函數(shù)382UNIX環(huán)境高級(jí)編程此函數(shù)調(diào)用serv_listen以創(chuàng)建服務(wù)器對(duì)于客戶機(jī)連接的端點(diǎn)。此函數(shù)的其余部分是一個(gè)循環(huán)，它以select調(diào)用開(kāi)始。在select返回后，兩個(gè)條件可能為真：(1) 描述符listenfd可能準(zhǔn)備好讀，這意味著新客戶機(jī)已調(diào)用了cli_conn。為了處理這種情況。調(diào)用serv_accept，然后更新cnt數(shù)組以及與該新客戶機(jī)相關(guān)的簿記消息。（作為select第一個(gè)參數(shù)的最高描述符。也使用中的cnt數(shù)組的最高下標(biāo)。）(2) 一個(gè)現(xiàn)存的客戶機(jī)的連接可能準(zhǔn)備好讀。這意味這下列兩事件之一：（a）該客戶機(jī)已經(jīng)終止，或（ b）該客戶機(jī)已發(fā)送一新請(qǐng)求。如果 read返回0（文件結(jié)束），則可認(rèn)為一客戶機(jī)終止。如果讀返回值大于0則可判定有一新請(qǐng)求需處理，調(diào)用request處理此新的客戶機(jī)請(qǐng)求。用allset描述符集當(dāng)前使用的描述符。當(dāng)新客戶機(jī)連至服務(wù)器時(shí)，此描述符集的適當(dāng)位被打開(kāi)。當(dāng)該客戶機(jī)終止時(shí)，適當(dāng)位就被關(guān)閉。因?yàn)榭蛻魴C(jī)的所有描述符都由內(nèi)核自動(dòng)關(guān)閉（包括與服