在 Linux 上实现基于 Socket 的多进程实时通信

来源：互联网发布：linux修改时区为utc 编辑：程序博客网时间：2024/06/04 18:09

在 Linux 上实现基于 Socket 的多进程实时通信

周欣 (jones_zhou@yahoo.com.cn), 软件工程师

简介： 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。但是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，并给出样本程序的实现和说明。

本文的标签： linux, socket, 上实现基于, 在, 的多进程实时通信

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发布日期： 2005 年 3 月 01 日
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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] 4303ClientA::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 5ClientB::succeed in connecting with serverSERVER::char=1 to  Client B on socket5ClientB::char from  Client A =1SERVER::char=2 to  Client A on socket4ClientA::char from  Client B =2

程序清单下载：server.c,clientA.c

关于作者

周欣，北京邮电大学计算机系硕士毕业, 现在日本从事软件开发，通过 jones_zhou@yahoo.com.cn 可以和他联系。

转载自http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-socket-ipc/index.html