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  在 Linux 上实现基于 Socket 的多进程实时通信
于 2017-12-08 编辑: Eric 查看: 723 次   Article Url Print this page

周欣 (baisheng@ios.cn
软件工程师
2005 年 3 月

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] 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

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。


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