在 Linux 上实现基于 Socket 的多进程实时通信

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。

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