记一次传递文件句柄引发的血案
goodcitizen 人气:1apue 上讲 Solaris 系统是可以在进程间通过 STREAMS 管道传递文件句柄的。
书上讲道：“在技术上，发送进程实际上向接收进程传送一个指向一打开文件表项的指针，该指针被分配存放在接收进程的第一个可用描述符项中。”
个人非常感兴趣，就写下了下面的两个程序来验证 STREAMS 管道是否支持发送接收文件描述符，且发送方与接收方的描述符是否可能不相同。
spipe_server.c
1 #define MAXLINE 128
2
3 int get_temp_fd ()
4 {
5 char fname[128] = "/tmp/outXXXXXX";
6 int fd = mkstemp (fname);
7 printf ("create temp file %s with fd %d\n", fname, fd);
8 return fd;
9 }
10
11 int main (int argc, char *argv[])
12 {
13 if (argc < 2) {
14 printf ("usage: spipe_server <spipe_client>\n");
15 return 0;
16 }
17
18 int n;
19 int fd[2], fd_to_send, fd_to_recv;
20 if (pipe (fd) < 0) {
21 printf ("pipe error\n");
22 return 0;
23 }
24 printf ("create pipe %d.%d\n", fd[0], fd[1]);
25
26 char line[MAXLINE];
27 pid_t pid = fork ();
28 if (pid < 0) {
29 printf ("fork error\n");
30 return 0;
31 }
32 else if (pid > 0)
33 {
34 close (fd[1]);
35 while (fgets (line, MAXLINE, stdin) != NULL) {
36 n = strlen (line);
37 // create temp file and write requet into it !
38 fd_to_send = get_temp_fd ();
39 if (fd_to_send < 0) {
40 printf ("get temp fd failed\n");
41 return 0;
42 }
43
44 if (write (fd_to_send, line, n) != n){
45 printf ("write error to file\n");
46 return 0;
47 }
48
49 if (ioctl (fd[0], I_SENDFD, fd_to_send) < 0) {
50 printf ("send fd to peer failed, error %d\n", errno);
51 return -1;
52 }
53 else
54 printf ("send fd %d to peer\n", fd_to_send);
55
56 // after send, fd_to_send is close automatically
57 struct strrecvfd recvfd;
58 if (ioctl (fd[0], I_RECVFD, &recvfd) < 0) {
59 printf ("recv fd from peer failed, error %d\n", errno);
60 return -1;
61 }
62 else
63 {
64 fd_to_recv = recvfd.fd;
65 printf ("recv fd %d from peer\n", fd_to_recv);
66 }
67
68 // read response by receving the new fd!
69 if ((n = read (fd_to_recv, line, MAXLINE)) < 0) {
70 printf ("read error from file\n");
71 return 0;
72 }
73
74 close (fd_to_recv);
75 if (n == 0) {
76 printf ("child closed pipe\n");
77 break;
78 }
79
80 line[n] = 0;
81 if (fputs (line, stdout) == EOF) {
82 printf ("fputs error\n");
83 return 0;
84 }
85 }
86
87 if (ferror (stdin)) {
88 printf ("fputs error\n");
89 return 0;
90 }
91
92 return 0;
93 }
94 else {
95 close (fd[0]);
96 if (fd[1] != STDIN_FILENO) {
97 if (dup2 (fd[1], STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO) {
98 printf ("dup2 error to stdin\n");
99 return 0;
100 }
101 //close (fd[0]);
102 }
103
104 if (fd[1] != STDOUT_FILENO) {
105 if (dup2 (fd[1], STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO) {
106 printf ("dup2 error to stdout\n");
107 return 0;
108 }
109 close (fd[1]);
110 }
111
112 if (execl (argv[1], argv[1], (char *)0) < 0) {
113 printf ("execl error\n");
114 return 0;
115 }
116 }
117
118 return 0;
119 }
server端打开一个 STREAMS 管道（通过pipe），此管道将作为传递文件描述符的通道。
它关闭管道的另一端，然后在fork出的子进程中将另一端重定向到子进程的标准输入、输出。
之后不断从console读入用户输入的两个整数，创建一个临时文件（get_temp_fd)并将用户输入写入文件，
之后通过管道将此临时文件传递给子进程，然后在管道上等待子进程返回的另一个临时文件句柄，
该句柄中包含了两数相加的结果，将其读出并展示给console用户。
spipe_client.c
1 #define MAXLINE 128
2
3 int get_temp_fd ()
4 {
5 char fname[128] = "/tmp/inXXXXXX";
6 int fd = mkstemp (fname);
7 fprintf (stderr, "create temp file %s with fd %d\n", fname, fd);
8 return fd;
9 }
10
11 int main (void)
12 {
13 int ret, fdin, fdout, n, int1, int2;
14 char line[MAXLINE];
15
16 struct strrecvfd recvfd;
17 if (ioctl (STDIN_FILENO, I_RECVFD, &recvfd) < 0) {
18 fprintf (stderr, "recv fd from peer failed, error %d\n", errno);
19 return -1;
20 }
21
22 fdin = recvfd.fd;
23 fprintf (stderr, "recv fd %d, position %u\n", fdin, tell(fdin));
24 fdout = get_temp_fd ();
25 if (fdout < 0) {
26 fprintf (stderr, "get temp fd failed\n");
27 return -1;
28 }
29
30 n = read (fdin, line, MAXLINE);
31 if (n > 0) {
32 line[n] = 0;
33 fprintf (stderr, "source: %s\n", line);
34 if (sscanf (line, "%d%d", &int1, &int2) == 2) {
35 sprintf (line, "%d\n", int1 + int2);
36 n = strlen (line);
37 if (write (fdout, line, n) != n) {
38 fprintf (stderr, "write error\n");
39 return 0;
40 }
41 }
42 else {
43 if (write (fdout, "invalid args\n", 13) != 13) {
44 fprintf (stderr, "write msg error\n");
45 return 0;
46 }
47 }
48
49 if (lseek (fdout, 0, SEEK_SET) < 0)
50 fprintf (stderr, "seek to begin failed\n");
51 else
52 fprintf (stderr, "seek to head\n");
53
54 if (ioctl (STDOUT_FILENO, I_SENDFD, fdout) < 0) {
55 fprintf (stderr, "send fd to peer failed, error %d\n", errno);
56 return -1;
57 }
58
59 // fdout will be automatically closed by send_fd
60 fprintf (stderr, "send fd %d\n", fdout);
61 }
62
63 close (fdin);
64 return 0;
client 作为子进程因为已经被父进程重定向了标准输入、标准输出，就简单多了，
从标准输入接收一个文件描述符作为输入，读取内容并解析后计算相加结果，
再取另一个临时文件（get_temp_fd）用来保存结果，并将该文件描述符回传给父进程。
简单的修改了下 Makefile 文件、编译、运行，结果却不是很理想：
-bash-3.2$ ./spipe_server ./spipe_client create pipe 3.4 2 5 create temp file /tmp/outo3a4Il with fd 4 send fd 4 to peer recv fd 3 create temp file /tmp/ino3aaJl with fd 4 recv fd from peer failed, error 2
可以看到 server 到 client 的文件句柄传递成功了，在 server 端句柄号为 4，传递到 client 端后变为 3.
但是在 server 端等待接收文件句柄时却发生了错误，这是怎么回事?
查了一下错误码 2，为ENOENT，没有对应的文件或目录。
这就奇怪了，读取管道返回这个错误的唯一原因只能是管道被关闭，难道子进程已经不在了么？
为此，在 client 最后添加一句日志输出：
if (n > 0)
....
else
fprintf (stderr, "no more data\n");
再运行 demo，果然发现多了一句：
no more data
看来确实是因为子进程退出导致管道关闭了。
那为什么子进程什么数据也没有从临时文件句柄中读到呢?
一开始怀疑是数据写入后，没有 flush 到磁盘，从而导致另一端没有读到，于是在写入数据之后、发送句柄之前，加了以下代码：
if (fsync (fd_to_send) < 0)
printf ("sync file failed\n");
else
printf ("sync data to file\n");
再运行 demo，果然发现多了一句：
sync data to file
数据同步成功了。但是结果还是一样，没有改善。
走到这边真的是有点想不通了，琢磨了一宿，晚上突然想到会不会是文件偏移没有归位导致的。
第二天回来，立马在接收端打印了一下文件偏移 (offset)：
fprintf (stderr, "recv fd %d, position %u\n", fdin, tell(fdin));
再运行 demo，输出的偏移果然有问题！
recv fd 3, position 4
这下原因清楚了，原来是接收进程与发送进程共享了文件句柄的偏移，导致再读取的过程中直接读到了文件尾。
修改代码，在发送文件句柄之前重置文件偏移：
if (lseek (fd_to_send, 0, SEEK_SET) < 0)
printf ("seek to begin failed\n");
else
printf ("seek to head\n");
同理，在 client 端做相同的修改。编译、运行，这下好了：
-bash-3.2$ ./spipe_server ./spipe_client create pipe 3.4 2 8 create temp file /tmp/outGGaiLl with fd 4 seek to head send fd 4 to peer recv fd 3, position 0 create temp file /tmp/inHGaqLl with fd 4 source: 2 8 seek to head send fd 4 recv fd 5 from peer, position 0 10
可以正确的得到计算结果。
从写这个小 demo 的过程中，我理解到书本知识到可运行的代码之间，还是有很多细节需要处理的，
有时看书就感觉自己会了，但到了实践就可能会遇到这样那样的问题（这些问题甚至和你要测试的东西无关），
动手解决问题的过程其实也加深了对书本知识的了解，正所谓：”纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行“，
以此小文与各位共勉！
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