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标题: 在 Linux 上实现基于 Socket 的多进程实时通信 [打印本页]

作者: lupd 时间: 2007-9-17 20:20
标题: 在 Linux 上实现基于 Socket 的多进程实时通信
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。

QUOTE:
#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。

QUOTE:
      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。

QUOTE:
            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

QUOTE:
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.module_id == dst_module_id)
                                    dst_fd=       cli_info_t.cli_sock_fd;
                              if(cli_info_t.cli_sock_fd==watch_fd_list[ ci ])
                              src_module_id=       cli_info_t.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。

QUOTE:
#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

程序清单下载：server.c：http://www-128.ibm.com/developer ... socket-ipc/server.c
clientA.c：http://www-128.ibm.com/developer ... ocket-ipc/clientA.c

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