在 Linux 上实现基于 Socket 的多进程实时通信

来源：互联网发布：迪士尼影业知乎编辑：程序博客网时间：2024/06/04 18:41

套接口（Socket）为目前Linux上最为广泛使用的一种的进程间通信机制，与其他的Linux通信机制不同之处在于除了它可用于单机内的进程间通信以外，还可用于不同机器之间的进程间通信。但是由于Socket本身不支持同时等待和超时处理，所以它不能直接用来多进程之间的相互实时通信。

本文提出一个基于Socket的多进程之间通信的实现方法。原理是建立一个进程专门用来做为通信服务器(server)来中转各个进程之间的通信。它首先启动一个用来监视连接要求的listening Socket，并把它的描述（Descriptor）号加入到一个事先定义好的fd_set的集合中，这个fd_set的集合用来存放listening Socket和后来生成的通信Socket的描述号。Server运用system call select来实时检查是否有数据到达这个集合中的任何一个socket,如果有数据到达listening Socket，则这一定是客户端发起的连接请求，于是生成一个新的通信Socket与该客户端连接，将生成的Socket描述号加入到fd_set的集合中，将客户端的ID号和与之对应的Socket的描述号记录在ID登记表中。如果有数据到达某个通信Socket，则这一定是某个客户端发起的通信请求，读出数据并取出收信客户端ID号，在ID登记表中找到与之对应的Socket描述号，将数据通过对应Socket传送到收信客户端。

其他各进程作为客户端(client)。客户端的动作是首先建立通信Socket连接服务器端，然后通过通信Socket进行送信和收信。

下面给出具体的程序实现和说明，

首先给出Server端的程序，在这里假设有两个客户端要进行实时通信，ClientA向ClientB发送字符1，ClientB向ClientA发送字符2。

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/un.h>

#include <sys/time.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <unistd.h>

#include <netinet/in.h>

int main()

{

int rcd ;

struct sockaddr_un server_sockaddr ;

int backlog ;

ushort ci ;

int watch_fd_list[3] ;

fd_set catch_fd_set ;

fd_set watchset ;

int new_cli_fd ;

int maxfd;

int socklen ,server_len;

struct sockaddr_un cli_sockaddr ;

struct {

char module_id ; /* Module ID */

int cli_sock_fd ; /* Socket ID */

} cli_info_t[2] ;

for (ci=0;ci<=1;ci++)

cli_info_t[ci].cli_sock_fd=-1;

for (ci=0;ci<=2;ci++)

watch_fd_list[ci]=-1;

int server_sockfd,client_sockfd;

server_sockfd = socket( AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0 ) ;

server_sockaddr.sun_family = AF_UNIX ;

strcpy( server_sockaddr.sun_path, "server_socket" ) ;

server_len=sizeof(server_sockaddr);

rcd = bind( server_sockfd, ( struct sockaddr * )&server_sockaddr, server_len ) ;

backlog = 5 ;

rcd = listen( server_sockfd, backlog ) ;

printf("SERVER::Server is waitting on socket=%d \n",server_sockfd);

watch_fd_list[0]=server_sockfd;

FD_ZERO( &watchset ) ;

FD_SET( server_sockfd, &watchset ) ;

maxfd=watch_fd_list[0];

在上面的程序中，Server生成listening Socket（server_sockfd）,初始化Socket监视集合（watchset），并将listening Socket放入Socket监视集合中。

while (1){

char ch;

int fd;

int nread;

catch_fd_set=watchset;

rcd = select( maxfd+1, &catch_fd_set, NULL, NULL, (struct timeval *)0 ) ;

在上面的程序中，Server运用系统调用函数 select来实时检查是否有数据到达Socket监视集合中的任何一个socket。

if ( rcd < 0 ) {

printf("SERVER::Server 5 \n");

exit(1);

}

if ( FD_ISSET( server_sockfd, &catch_fd_set ) ) {

socklen = sizeof( cli_sockaddr ) ;

new_cli_fd = accept( server_sockfd, ( struct sockaddr * )

&( cli_sockaddr ), &socklen ) ;

printf(" SERVER::open communication with Client %s on socket %d\n",

cli_sockaddr.sun_path,new_cli_fd);

for (ci=1;ci<=2;ci++){

if(watch_fd_list[ci] != -1) continue;

else{

watch_fd_list[ci] = new_cli_fd;

break;

}

FD_SET(new_cli_fd , &watchset ) ;

if ( maxfd < new_cli_fd ) {

maxfd = new_cli_fd ;

}

for ( ci=0;ci<=1;ci++){

if(cli_info_t[ci].cli_sock_fd == -1) {

cli_info_t[ci].module_id=cli_sockaddr.sun_path[0];

cli_info_t[ci].cli_sock_fd=new_cli_fd;

break;

}

continue;

}

在上面的程序中，Server运用系统调用函数FD_ISSET来检查是否有客户端的连接请求到达Listening Socket, 如果返回值大于0，Server生成一个新的通信Socket （new_cli_fd）与客户端连接。将新生成的通信Socket放入Socket监视集合中（FD_SET）。将客户端的信息（ID号和Socket描述号）保存在注册表cli_info_t中

for ( ci = 1; ci<=2 ; ci++ ) {

int dst_fd = -1 ;

char dst_module_id;

char src_module_id;

int i;

if (watch_fd_list[ ci ]==-1) continue;

if ( !FD_ISSET( watch_fd_list[ ci ], &catch_fd_set ) ) {

continue ;

}

ioctl(watch_fd_list[ ci ],FIONREAD,&nread);

if (nread==0){

continue;

}

read( watch_fd_list[ ci ], &dst_module_id, 1 ) ;

for (i=0;i<=1;i++){

if(cli_info_t[i].module_id == dst_module_id)

dst_fd= cli_info_t[i].cli_sock_fd;

if(cli_info_t[i].cli_sock_fd==watch_fd_list[ ci ])

src_module_id= cli_info_t[i].module_id;

}

read( watch_fd_list[ ci ], &ch, 1 ) ;

printf("SERVER::char=%c to Client %c on socket%d\n",ch, dst_module_id,dst_fd);

write(dst_fd,&src_module_id, 1 ) ;

write(dst_fd,&ch, 1 ) ;

}

在上面的程序中，如果有数据到达某个通信Socket，Server则读出数据并取出收信客户端ID号。在ID登记表中找到收信客户端对应的Socket描述号。并将数据通过对应Socket传送到收信客户端

给出客户端 ClientA的程序

ClientB的程序只需将 char dst_module_id='B'; 改为char dst_module_id='A'; char ch='1'; 改为char char ch='2';既可。

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/un.h>

#include <unistd.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

int main(){

int client_sockfd;

int len;

struct sockaddr_un server_sockaddr,cli_sockaddr;

int result;

char dst_module_id='B';

char ch='1';

char src_module_id;

client_sockfd= socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0);

cli_sockaddr.sun_family = AF_UNIX ;

strcpy( cli_sockaddr.sun_path, "A" ) ;

bind(client_sockfd,(struct sockaddr * )&cli_sockaddr, sizeof( cli_sockaddr ) ) ;

server_sockaddr.sun_family=AF_UNIX;

strcpy( server_sockaddr.sun_path, "server_socket" ) ;

len=sizeof(server_sockaddr);

result = connect(client_sockfd,( struct sockaddr * )&server_sockaddr,len);

if (result <0){

printf("ClientA::error on connecting \n");

exit(1);

}

printf("ClientA::succeed in connecting with server\n");

sleep(10);

write(client_sockfd,&dst_module_id,1);

write(client_sockfd,&ch,1);

read (client_sockfd,&src_module_id,1);

read (client_sockfd,&ch,1);

printf("ClientA::char from Client %c =%c\n", src_module_id,ch);

close (client_sockfd);

}

下面是样本程序的执行结果

[root@zhou test]# ./server &

[3] 4301

[root@zhou test]# SERVER::Server is waitting on socket=3

./clientA & ./clientB &

[4] 4302

[5] 4303

ClientA::succeed in connecting with server

SERVER::open communication with Client A on socket 4

[root@zhou test]# SERVER::open communication with Client B on socket 5

ClientB::succeed in connecting with server

SERVER::char=1 to Client B on socket5

ClientB::char from Client A =1

SERVER::char=2 to Client A on socket4

ClientA::char from Client B =2