多进程编程 - 在进程间传递文件描述符

由于fork调用之后，父进程中打开的文件描述符在子进程中仍然会打开，所以文件描述符可以很方便地从父进程传递到子进程。需要注意的是，传递一个文件描述符并不是传递一个文件描述符的值，而是要在接收进程中创建一个新的文件描述符，并且该文件描述符和发送进程中被传递的文件描述符指向内核中相同的文件表项。

那么如何把子进程中打开的文件描述符传递给父进程？或者更通俗的说，如何在两个不相干的进程之间传递文件按描述符呢？在Linux下，我们可以利用UNIX域socket在进程间传递特殊的辅助数据，以实现文件描述符的传递。

下面代码给出了一个实例，它在子进程中打开一个文件描述符，然后将它传递给父进程，父进程则通过读取该文件描述符来获得文件的内容：

#include <sys/socket.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>

static const int CONTROL_LEN = CMSG_LEN(sizeof(int));

/*发送文件描述符
fd参数是用来传递信息的UNIX域socket
fd_to_send参数是待发送的文件描述副*/

void send_fd(int fd, int fd_to_send)
{
    struct iovec iov[1];
    struct msghdr msg;
    char buf[0];
    iov[0].iov_base = buf;
    iov[0].iov_len = 1;

    msg.msg_name = NULL;
    msg.msg_namelen = 0;
    msg.msg_iov = iov;
    msg.msg_iovlen = 1;

    cmsghdr cm;
    cm.cmsg_len = CONTROL_LEN;
    cm.cmsg_level = SOL_SOCKET;
    cm.cmsg_type = SCM_RIGHTS;
    *(int*)CMSG_DATA(&cm) = fd_to_send;
    msg.msg_control = &cm; /*设置辅助工具*/
    msg.msg_controllen = CONTROL_LEN;

    sendmsg(fd, &msg, 0);
}

/*接受目标文件描述符*/
int recv_fd(int fd)
{
    struct iovec iov[0];
    struct msghdr msg;
    char buf[0];

    iov[0].iov_base = buf;
    iov[0].iov_len = 1;

    msg.msg_name = NULL;
    msg.msg_namelen = 0;
    msg.msg_iov = iov;
    msg.msg_iovlen = 1;

    cmsghdr cm;
    msg.msg_control = &cm;
    msg.msg_controllen = CONTROL_LEN;

    recvmsg(fd, &msg, 0);
    int fd_to_read = *(int*)CMSG_DATA(&cm);
    return fd_to_read;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int pipefd[2];
    int fd_to_pass = 0;
    int ret = socketpair(PF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0, pipefd);
    assert(ret != -1);

    pid_t pid = fork();
    assert(pid >= 0);

    if(pid == 0){
        close(pipefd[0]);
        fd_to_pass = open("test.txt", O_RDWR, 0666);
        send_fd(pipefd[1], fd_to_pass > 0 ? fd_to_pass : 0);
        close(fd_to_pass);
        exit(0);
    }

    close(pipefd[1]);
    fd_to_pass = recv_fd(pipefd[0]);
    char buf[1024];
    memset(buf, '\0', 1024);
    read(fd_to_pass, buf, 1024);
    printf("I got fd %d and data %s\n", fd_to_pass, buf);
    close(fd_to_pass);

    return 0;
}