C语言 socketpair用法案例讲解

socketpair()函数的声明：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socketpair(int d, int type, int protocol, int sv[2])；

socketpair()函数用于创建一对无名的、相互连接的套接子。 
如果函数成功，则返回0，创建好的套接字分别是sv[0]和sv[1]；否则返回-1，错误码保存于errno中。

基本用法： 

1. 这对套接字可以用于全双工通信，每一个套接字既可以读也可以写。例如，可以往sv[0]中写，从sv[1]中读；或者从sv[1]中写，从sv[0]中读； 
2. 如果往一个套接字(如sv[0])中写入后，再从该套接字读时会阻塞，只能在另一个套接字中(sv[1])上读成功； 
3. 读、写操作可以位于同一个进程，也可以分别位于不同的进程，如父子进程。如果是父子进程时，一般会功能分离，一个进程用来读，一个用来写。因为文件描述副sv[0]和sv[1]是进程共享的，所以读的进程要关闭写描述符, 反之，写的进程关闭读描述符。 

举例： 

一、读写操作位于同一进程

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <error.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h> 

const char* str = "SOCKET PAIR TEST.";

int main(int argc, char* argv[]){
    char buf[128] = {0};
    int socket_pair[2];
    pid_t pid; 

    if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, socket_pair) == -1 ) {
        printf("Error, socketpair create failed, errno(%d): %s\n", errno, strerror(errno));
        return EXIT_FAILURE;
    } 

    int size = write(socket_pair[0], str, strlen(str));
    //可以读取成功；
    read(socket_pair[1], buf, size);
    printf("Read result: %s\n",buf);
    return EXIT_SUCCESS;
} 

二、读写操作位于不同进程

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <error.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h> 

const char* str = "SOCKET PAIR TEST.";

int main(int argc, char* argv[]){
    char buf[128] = {0};
    int socket_pair[2];
    pid_t pid; 

    if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, socket_pair) == -1 ) {
        printf("Error, socketpair create failed, errno(%d): %s\n", errno, strerror(errno));
        return EXIT_FAILURE;
    } 

    pid = fork();
    if(pid < 0) {
        printf("Error, fork failed, errno(%d): %s\n", errno, strerror(errno));
        return EXIT_FAILURE;
    } else if(pid > 0) {
        //关闭另外一个套接字
        close(socket_pair[1]);
        int size = write(socket_pair[0], str, strlen(str));
        printf("Write success, pid: %d\n", getpid());

    } else if(pid == 0) {
        //关闭另外一个套接字
        close(socket_pair[0]);
        read(socket_pair[1], buf, sizeof(buf));
        printf("Read result: %s, pid: %d\n",buf, getpid());
    }

    for(;;) {
        sleep(1);
    }

    return EXIT_SUCCESS;
} 

sendmsg, recvmsg , send函数的使用

sendmsg, recvmsg , send三个函数的头文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

sendmsg函数 
定义函数

int sendmsg(int s, const strcut msghdr *msg, unsigned int flags);

函数说明：sendmsg()用来将数据由指定的socket传给对方主机. 
参数s：为已建立好连线的socket, 如果利用UDP协议则不需经过连线操作. 
参数msg：指向欲连线的数据结构内容, 参数flags 一般默认为0, 详细描述请参考send(). 
返回值：成功返回发送的字节数，出错返回-1

recvmsg函数 
定义函数

int recvmsg(int s, struct msghdr *msg, unsigned int flags);

函数说明：recvmsg()用来接收远程主机经指定的socket 传来的数据. 
参数s 为已建立好连线的socket, 如果利用UDP 协议则不需经过连线操作. 
参数msg 指向欲连线的数据结构内容, 
参数flags 一般设0, 详细描述请参考send(). 
返回值：成功则返回接收到的字符数, 失败则返回-1, 错误原因存于errno 中.

send函数 
定义函数：int send(int s, const void * msg, int len, unsigned int falgs); 
函数说明：send()用来将数据由指定的socket 传给对方主机. 
参数s 为已建立好连接的socket. 
参数msg 指向欲连线的数据内容. 
参数len 则为数据长度. 
参数flags 一般设0, 其他数值定义如下： 
MSG_OOB 传送的数据以out-of-band 送出. 
MSG_DONTROUTE 取消路由表查询 
MSG_DONTWAIT 设置为不可阻断运作 
MSG_NOSIGNAL 此动作不愿被SIGPIPE 信号中断. 
返回值：成功则返回实际传送出去的字符数, 失败返回-1. 错误原因存于errno.

结构msghdr定义如下：

struct msghdr
{
    void *msg_name; //发送或接收数据的地址
    socklen_t msg_namelen; //地址长度
    strcut iovec * msg_iov; //要发送或接受数据
    size_t msg_iovlen; //容器数据长度
    void * msg_control; //附属数据
    size_t msg_controllen; //附属数据长度
    int msg_flags; //接收消息的标志
};

返回值：成功则返回实际传送出去的字符数, 失败返回-1, 错误原因存于errno 
错误代码：

1、EBADF 参数s 非合法的socket 处理代码.
2、EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间
3、ENOTSOCK 参数s 为一文件描述词, 非socket.
4、EINTR 被信号所中断.
5、EAGAIN 此操作会令进程阻断, 但参数s 的socket 为不可阻断.
6、ENOBUFS 系统的缓冲内存不足
7、ENOMEM 核心内存不足 EINVAL 传给系统调用的参数不正确.

附属数据msg_control结构 
控制信息头部本身由下面的C结构定义：

struct cmsghdr {
    socklen_t cmsg_len;
    int       cmsg_level;
    int       cmsg_type;
/* u_char     cmsg_data[]; */
};

其成员描述如下：

成员             描述
cmsg_len        附属数据的字节计数，这包含结构头的尺寸。这个值是由CMSG_LEN()宏计算的。
cmsg_level      这个值表明了原始的协议级别(例如，SOL_SOCKET)。
cmsg_type       这个值表明了控制信息类型(例如，SCM_RIGHTS)。
cmsg_data       这个成员并不实际存在，用来指明实际的额外附属数据所在的位置。

用sendmsg来传递数据程序实例

/*sendmsg.c*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    int ret;     /* 返回值 */
    int sock[2];    /* 套接字对 */
    struct msghdr msg;
    struct iovec iov[1];
    char send_buf[100] = "it is a test";
    struct msghdr msgr;
    struct iovec iovr[1];
    char recv_buf[100];

    /* 创建套接字对 */
    ret = socketpair(AF_LOCAL,SOCK_STREAM,0,sock);
    if(ret == -1){
        printf("socketpair err\n");
        return 1;
    }

    /* sock[1]发送数据到本地主机  */
    bzero(&msg, sizeof(msg));
    msg.msg_name = NULL;        /* void*类型 NULL本地地址*/
    msg.msg_namelen = 0;
    iov[0].iov_base = send_buf;
    iov[0].iov_len = sizeof(send_buf);
    msg.msg_iov = iov;//要发送或接受数据设为iov
    msg.msg_iovlen = 1;//1个元素

    printf("开始发送数据：\n");
    printf("发送的数据为: %s\n", send_buf);
    ret = sendmsg(sock[1], &msg, 0 );
    if(ret == -1 ){
        printf("sendmsg err\n");
        return -1;
    }
    printf("发送成功！\n");

    /* 通过sock[0]接收发送过来的数据 */
    bzero(&msg, sizeof(msg));
    msgr.msg_name = NULL;
    msgr.msg_namelen = 0;
    iovr[0].iov_base = &recv_buf;
    iovr[0].iov_len = sizeof(recv_buf);
    msgr.msg_iov = iovr;
    msgr.msg_iovlen = 1;
    ret = recvmsg(sock[0], &msgr, 0);
    if(ret == -1 ){
        printf("recvmsg err\n");
        return -1;
    }
    printf("接收成功!\n");
    printf("收到数据为: %s\n", recv_buf);

    /* 关闭sockets */
    close(sock[0]);
    close(sock[1]);

    return 0;
}

执行程序结果：

yu@ubuntu:~/Linux/217/pro_pool/socketpair$ gcc -o sendmsg sendmsg.c

yu@ubuntu:~/Linux/217/pro_pool/socketpair$ ./sendmsg
开始发送数据：
发送的数据为: it is a test
发送成功！
接收成功! 

接到数据为：it is a test

程序分析：由套接字sock[1]发数据到本地主机，由套接字sock[0]接收发送过来的数据。

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