在進程間傳送打開的文件描述符的能力是非常有用的，可以用它對客戶進程/服務器進程應用進行不同的設計。它使一個進程（一般是服務器進程）能夠處理為打開一個文件所要求的一切操作（具體如將網絡名翻譯為網絡地址、撥號調制解調器、協商文件鎖等）以及向調用進程送回一描述符，該描述符可被用于以后的所有I/O函數。涉及打開文件或設備的所有細節對客戶進程而言都是隱藏的。

下面進一步說明從一個進程向另一個進程“傳送一打開的文件描述符”的含義。回憶http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3498509.html中的圖3-2，其中顯示了兩個進程，它們打開了同一文件。雖然它們共享同一v節點表，但每個進程都有它自己的文件表項。

當一個進程向另一個進程傳送一打開的文件描述符時，我們想要發送進程和接收進程共享同一文件表項。圖17-8顯示了所希望的安排。

                                   圖17-8 從頂部進程傳送一個打開的文件至底部進程

在技術上，發送進程實際上向接收進程傳送一個指向一打開文件表項的指針。該指針被分配存放在接收進程的第一個可用描述符項中。（注意，不要造成錯覺，以為發送進程和接收進程中的描述符編號是相同的，通常它們是不同的。）兩個進程共享同一打開文件表項，在這一點上與fork之后，父、子進程共享打開文件表項的情況完全相同（參考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3509492.html中圖8-1所示）。

當發送進程將描述符傳送給接收進程后，通常它關閉該描述符。發送進程關閉該描述符并不造成關閉該文件或設備，其原因是該描述符對應的文件仍被視為由接收者進程打開（即使接收進程尚未接收到該描述符）。

下面定義三個函數以發送和接收文件描述符。本節將會給出對于STREAMS和套接字的這三個函數的不同實現代碼。

#include "apue.h"int send_fd(int fd, int fd_to_send);int send_err(int fd, int status, const char *errmsg);兩個函數返回值：若成功則返回0，出錯則返回-1int recv_fd(int fd, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t));返回值：若成功則返回文件描述符，出錯則返回負值

當一個進程（通常是服務器進程）希望將一個描述符傳送給另一個進程時，它調用send_fd或send_err。等待接收描述符的進程（客戶進程）調用recv_fd。

send_fd經由fd代表的STREAMS管道或UNIX域套接字發送描述符fd_to_send。

send_err函數用fd發送errmsg以及后隨的status字節。status的值應在-1到-255之間。

客戶進程調用recv_fd接收一描述符。如果一切正常（發送者調用了send_fd），則作為函數值返回非負描述符。否則，返回值是由send_err發送的status（-1到-255之間的一個值）。另外，如果服務器進程發送了一條出錯消息，則客戶進程調用它自己的userfunc處理該消息。userfunc的第一個參數是常量STDERR_FILENO，然后是指向出錯消息的指針及其長度。userfunc函數的返回值是已寫的字節數或負的出錯編號值。客戶進程常將userfunc指定為通常的write函數。

我們實現了用于這三個函數的我們自己指定的協議。為發送一描述符，send_fd先發送兩個0字節，然后是實際描述符。為了發送一條出錯消息，send_err發送errmsg，然后是1個0字節，最后是status字節的絕對值（1-255）。recv_fd讀s管道（可以實現為STREAMS管道或UNIX域套接字的雙向通信管道）中所有字節直至null字符。null字符之前的所有字符都傳送給調用者的userfunc。recv_fd讀到的下一個字節是status字節。若status字節為0，那么一個描述符已傳送過來，否則表示沒有描述符可接收。

send_err函數在將出錯消息寫到STREAMS管道后，即調用send_fd函數。如程序清單17-11所示。

程序清單17-11 send_err函數

#include "apue.h"/** Used when we had planned to send an fd using send_fd(),* but encountered an error instead. We send the error back* using the send_fd()/recv_fd() PRotocol.*/intsend_err(int fd, int errcode, const char *msg){    int    n;        if((n = strlen(msg)) > 0)        if(writen(fd, msg, n) != n)    /* send the error message */            return(-1);    if(errcode >= 0)        errcode = -1;    /* must be negtive */    if(send_fd(fd, errcode) < 0)        return(-1);            return(0);}

1、經由基于STREAMS的管道傳送文件描述符

文件描述符用兩個ioctl命令經由STREAMS管道交換，這兩個命令是：I_SENDFD和I_RECVFD。為了發送一個描述符，將ioctl的第三個參數設置為實際描述符。

程序清單17-12 STREAMS管道的send_fd函數

#include "apue.h"#include <stropts.h>/** Pass a file descriptor to another process.* If fd < 0, then -fd is sent back instead as the error status.*/int send_fd(int fd, int fd_to_send){    char     buf[2];        /* send_fd()/recv_fd() 2-byte protocol */    buf[0] = 0;        /* null bytes flag to recv_fd() */    if(fd_to_send < 0)    {        buf[1] = -fd_to_send;    /* nonzero status means error */        if(buf[1] == 0)            buf[1] = 1;    /* -256, etc. would screw up protocol */     }    else    {        buf[1] = 0;    /* zero status means OK */    }        if(write(fd, buf, 2) != 2)        return(-1);    if(fd_to_send >= 0)        if(ioctl(fd, I_SENDFD, fd_to_send) < 0)            return(-1);    return(0);}

當接收一個描述符時，ioctl的第三個參數是一指向strrecvfd結構的指針。

struct strrecvfd {    int      fd;     /* new descriptor */    uid_t    uid;    /* effective user ID of sender */    gid_t    gid;    /* effective group ID of sender */    char     fill[8];};

recv_fd讀STREAMS管道直到接收到雙字節協議的第一個字節（null字節）。當發出I_RECVFD ioctl命令時，位于流首讀隊列中的下一條消息應當是一個描述符，它是由I_SENDFD發來的，或者是一條出錯消息。

程序清單17-13 STREAMS管道的recv_fd函數

#include "apue.h"#include <stropts.h>/** Receive a file descirpor from another process ( a server ).* In addition, any data received from the server is passed* to (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nbytes). We have a * 2-byte protocol for receiving the fd from send_fd(). */intrecv_fd(int fd, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t)){    itn                  newfd,    nread, flag, status;    char                *ptr;    char                 buf[MAXLINE];    struct strbuf        dat;    struct strrecvfd     recvfd;        status = -1;    for(;;)    {        dat.buf = buf;        dat.maxlen = MAXLINE;        flag = 0;        if(getmsg(fd, NULL, &dat, &flag) < 0)            err_sys("getmsg error");        nread = dat.len;        if(nread == 0)        {            err_ret("connection closed by server");            return(-1);        }        /*        * See if this is the final data with null & status.        * Null must be next to last byte of buffer, status        * byte is last byte. Zero status means there must         * be a file descriptor to receive.        */        for(ptr = buf; ptr < &buf[nread]; )        {            if(*ptr++ == 0)            {                if(ptr != &buf[nread - 1])                    err_dump("message format error");                status = *ptr & 0xFF;    /* prevent sign extension */                if(status == 0)                {                    if(ioctl(fd, I_RECVFD, &recvfd) < 0)                        return(-1);                    newfd = recvfd.fd; /* new descriptor */                }                else                {                    newfd = -status;                }                nread -= 2;            }        }        if(nread > 0)            if((*userfunc(STDERR_FILENO, buf, nread) != nread))                return(-1);        if(status >= 0)    /* final data has arrived */            return(newfd);    /* descriptor, or -status */    }        }

2、經由UNIX域套接字傳送文件描述符

為了用UNIX域套接字交換文件描述符，調用sendmsg（2）和recvmsg（2）函數（http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3567376.html）。這兩個函數的參數中都有一個指向msghdr結構的指針，該結構包含了所有有關收發內容的信息。該結構的定義大致如下：

struct msghdr {    void            *msg_name;         /* optional address */    socklen_t        msg_namelen;      /* address size in bytes */    struct iovec    *msg_iov;          /* array of I/O buffers */    int              msg_iovlen;       /* number of elements in array */    void            *msg_control;      /* ancillary data */    socklen_t        msg_controllen;   /* number of ancillary bytes */    int              msg_flags;        /* flags for received message */};

其中，頭兩個元素通常用于在網絡連接上發送數據報文，在這里，目的地址可以由每個數據報文指定。下面兩個元素使我們可以指定由多個緩沖區構成的數組（散布讀和聚集寫），這與對readv和writev函數（http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3559304.html）的說明一樣。msg_flags字段包含了說明所接收到消息的標志，這些標志摘要示于表16-9中（http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3567376.html）。

有兩個參數用來處理控制信息的傳送和接收：msg_control字段指向cmsghdr（控制信息首部）結構，msg_contrllen字段包含控制信息的字節數。

struct cmsghdr {    socklen_t        cmsg_len;      /* data byte count, including header */    int              cmsg_level;    /* originating protocol */    int              cmsg_type;     /* protocol-specific type */    /* followed by the actual control message data */};

為了發送文件描述符，將cmsg_len設置為cmsghdr結構的長度加一個整型（描述符）的長度，cmsg_level字段設置為SOL_SOCKET，cmsg_type字段設置為SCM_RIGHTS，用以指明我們在傳送訪問權。（SCM指的是套接字級控制信息，socket_level cnotrol message。）訪問權僅能通過UNIX域套接字傳送。描述符緊隨cmsg_type字段之后存放，用CMSG_DATA宏獲得該整型量的指針。

三個宏用于訪問控制數據，一個宏用于幫助計算smsg_len所使用的值。

#include <sys/socket.h>unsigned char *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cp);返回值：指向與cmsghdr結構相關聯的數據的指針struct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr *mp);返回值：指向與msghdr結構相關聯的第一個cmsghdr結構的指針，若無這樣的結構則返回NULLstruct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *mp, struct cmsghdr *cp);返回值：指向與msghdr結構相關聯的下一個cmsghdr結構的指針，該msghdr結構給出了當前cmsghdr結構，若當前cmsghdr結構已是最后一個則返回NULLunsigned int CMSG_LEN(unsigned int nbytes);返回值：為nbytes大小的數據對象分配的長度

Single UNIX規范定義了前三個宏，但沒有定義CMSG_LEN。

GMSG_LEN宏返回為存放長度為nbytes的數據對象（控制數據）所需的字節數。它先將nbytes加上cmsghdr結構（控制數據頭部）的長度，然后按處理機體系結構的對齊要求進行調整，最后再向上取整。

程序清單17-14 UNIX域套接字的send_fd函數

#include "apue.h"#include <sys/socket.h>/* size of control buffer to send/recv one file descriptor */#define    CONTROLLEN    CMSG_LEN(sizeof(int))static struct cmsghdr    *cmptr = NULL;    /* malloc'ed first time *//** Pass a file descriptor to another process.* If fd < 0, then -fd is sent back instead as the error status.*/int send_fd(int fd, int fd_to_send){    struct iovec     iov[1];    struct msghdr    msg;    char             buf[2];    /* send_fd()/recv_fd() 2-byte protocol */    iov[0].iov_base     = buf;    iov[0].iov_len      = 2;    msg.msg_iov         = iov;    msg.msg_iovlen      = 1;    msg.msg_name        = NULL;    msg.msg_namelen     = 0;        if(fd_to_send < 0)    {        msg.msg_control    = NULL;        msg.msg_controllen = 0;        buf[1] = -fd_to_send;    /* nonzero status means error */        if(buf[1] == 0)            buf[1] = 1;    /* -256, etc. would screw up protocol */            }    else    {        if(cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL)            return(-1);        cmptr->cmsg_level      = SOL_SOCKET;        cmptr->cmsg_type       = SCM_RIGHTS;        cmptr->cmsg_len        = CONTROLLEN;        msg.msg_control        = cmptr;        msg.msg_controllen     = CONTROLLEN;        *(int *)CMSG_DATA(cmptr) = fd_to_send;    /* the fd to pass */        buf[1] = 0;    /* zero status means ok */    }    buf[0] = 0;    /* null byte flag to recv_fd() */    if(sendmsg(fd, &msg, 0) != 2)        return(-1);    return(0);}

在sendmsg調用中，發送雙字節協議數據（null和status字節）和描述符。

為了接收文件描述符，我們為cmsghdr結構和描述符分配足夠大的空間，將msg_control指向該存儲空間，然后調用recvmsg。我們使用MSG_LEN宏計算所需空間的總量。

我們從UNIX域套接字讀入，直至讀到null字節，它位于最后的status字節之前。null字節之前是一條來自發送者的出錯消息。

程序清單17-15 UNIX域套接字的recv_fd函數

#include "apue.h"#include <sys/socket.h>    /* struct msghdr *//* size of control buffer to send/recv one file descriptor */#define CONTOLLEN    CMSG_LEN(sizeof(int))static struct cmsghdr    *cmptr = NULL;    /* malloc'ed first time *//** Receive a file descriptor from a server process. Also, any data* received is passed to (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nbytes).* We have a 2-byte protocol for receiving the fd from send_fd().*/intrecv_fd(int fd, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t)){    int              newfd,    nr, status;    char            *ptr;    char             buf[MAXLINE];    struct iovec     iov[1];    struct msghdr    msg;    status = -1;    for(;;)    {        iov[0].iov_base   = buf;        iov[0].iov_len    = sizeof(buf);        msg.msg_iov       = iov;            msg.msg_iovlen    = 1;        msg.msg_name      = NULL;        msg.msg_namelen   = 0;                if(cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL)            return(-1);        msg.msg_control        = cmptr;        msg.msg_controllen     = CONTROLLEN;        if((nr = recvmsg(fd, &msg, 0)) < 0)        {            err_sys("recvmsg error");            }        else if(nr == 0)        {            err_ret("connection close by server");            return(-1);            }        /*        * See if this is the final data with null & status. Null        * is next to last byte to buffer; status byte is last byte.        * Zero status means there is a file descriptor to receive.         */        for(ptr = buf; ptr < &buf[nr];)        {            if(*ptr++ == 0)            {                if(ptr != &buf[nr - 1])                {                    err_dump("message format error");                }                status = *ptr & 0xFF;    /* prevent sign extension */                if(status == 0)                {                    if(msg.msg_controllen != CONTROLLEN)                    {                        err_dump("status = 0 but no fd");                    }                    newfd = *(int *)CMSG_DATA(cmptr);                }                else                {                    newfd = -status;                }                nr -= 2;            }        }        if(nr > 0 && (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nr) != nr)            return(-1);        if(status >= 0)    /* final data has arrived */            return(newfd);    /* descriptor, or -status */    }}

注意，該程序總是準備接收一描述符（在每次調用recvmsg之前，設置msg_control和msg_controllen），但是僅當在返回時，msg_controllen非0，才確實接收到一描述符。

在傳送文件描述符方面，UNIX域套接字和STREAMS管道之間的一個區別是，用STREAMS管道時我們得到發送進程的身份。

FreeBSD 5.2.1和linux 2.4.22支持在UNIX域套接字上發送憑證，但實現方式不同。

在FreeBSD，將憑證作為cmsgcred結構傳送。

#define    CMGROUP_MAX    16struct cmsgcred {    pid_t    cmcred_pid;                     /* sender's process ID */    uid_t    cmcred_uid;                     /* sender's real UID */    uid_t    cmcred_euid;                    /* sender's effective UID */    gid_t    cmcred_gid;                     /* sender's read GID */    short    cmcred_ngroups;                 /* number of groups */    gid_t    cmcred_groups[CMGROUP_MAX];     /* groups */};

當傳送憑證時，僅需為cmsgcred結構保留存儲空間。內核將填充該結構以防止應用程序偽裝成具有另一種身份。

在Linux中，將憑證作為ucred結構傳送。

struct ucred {    uint32_t    pid;    /* sender's process ID */    uint32_t    uid;    /* sender's user ID */    uint32_t    gid;    /* sender's group ID */};

不同于FreeBSD的是，Linux要求在傳送前先將結構初始化。內核將確保應用程序使用對應于調用程序的值，或具有適當的權限使用其他值。

程序清單17-16 在UNIX域套接字上發送憑證

#include "apue.h"#include <sys/socket.h>#if define(SCM_CRED)    /* BSD interface */#define CREDSTRUCT    cmsgcred#define SCM_CREDTYPE    SCM_CREDS#elif define(SCM_CREDENTIALS)    /* Linux interface */#define CREDSTRUCT    ucred#define    SCM_CREDTYPE    SCM_CREDENTIALS#else#error passing credentials is unsupported!#endif/* size of control buffer to send/recv one file descriptor */#define    CONTROLLEN    CMSG_LEN(sizeof(int))static struct cmsghdr    *cmptr = NULL;    /* malloc'ed first time *//** Pass a file descriptor to another process.* If fd < 0, then -fd is sent back instead as the error status.*/int send_fd(int fd, int fd_to_send){    struct CREDSTRUCT    *credp;    struct cmsghdr        *cmp;    struct iovec        iov[1];    struct msghdr        msg;    char            buf[2];    /* send_fd()/recv_fd() 2-byte protocol */    iov[0].iov_base     = buf;    iov[0].iov_len     = 2;    msg.msg_iov     = iov;    msg.msg_iovlen     = 1;    msg.msg_name     = NULL;    msg.msg_namelen     = 0;    msg.msg_flags = 0;    if(fd_to_send < 0)    {        msg.msg_control    = NULL;        msg.msg_controllen = 0;        buf[1] = -fd_to_send;    /* nonzero status means error */        if(buf[1] == 0)            buf[1] = 1;    /* -256, etc. would screw up protocol */            }    else    {        if(cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL)            return(-1);        msg.msg_control        = cmptr;        msg.msg_controllen    = CONTROLLEN;        cmp = cmptr;        cmp->cmsg_level        = SOL_SOCKET;        cmp->cmsg_type        = SCM_RIGHTS;        cmp->cmsg_len        = RIGHTSLEN;        *(int *)CMSG_DATA(cmp) = fd_to_send;    /* the fd to pass */                cmp = CMSG_NXTHDR(&msg, cmp);        cmp->cmsg_level =SOL_SOCKET;        cmp->cmsg_type    = SCM_CREDTYPE;        cmp->cmsg_len    = CREADSLEN;        credp = (struct CREADSTRUCT *)CMSG_DATA(cmp);#if defined(SCM_CREDENTIALS)        credp->uid = geteuid();        credp->gid = getegid();        credp->pid = getpid();#endif        buf[1] = 0;    /* zero status means ok */    }    buf[0] = 0;    /* null byte flag to recv_fd() */    if(sendmsg(fd, &msg, 0) != 2)        return(-1);    return(0);}

注意，只是Linux上才需要初始化憑證結構。

程序清單17-17 在UNIX域套接字上接收憑證

#include "apue.h"#include <sys/socket.h>    /* struct msghdr */**************************************#if define(SCM_CRED)    /* BSD interface */#define CREDSTRUCT    cmsgcred#define CR_UID        cmcred_uid#define CREDOPT        LOCAL_PEERCRED#define SCM_CREDTYPE    SCM_CREDS#elif define(SCM_CREDENTIALS)    /* Linux interface */#define CREDSTRUCT    ucred#define    CR_UID        uid#define    CREDOPT        SO_PASSCRED#define    SCM_CREDTYPE    SCM_CREDENTIALS#else#error passing credentials is unsupported!#endif/* size of control buffer to send/recv one file descriptor */#define RIGHTSLEN    CMSG_LEN(sizeof(int))#define CREDSLEN    CMSG_LEN(sizeof(struct CREDSTRUCT))#define    CONTROLLEN    (RIGHTSLEN + CREDSLEN)static struct cmsghdr    *cmptr = NULL;    /* malloc'ed first time *//** Receive a file descriptor from a server process. Also, any data* received is passed to (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nbytes).* We have a 2-byte protocol for receiving the fd from send_fd().*/intrecv_fd(int fd, uid_t *uidptr, ssize_t (*userfunc)(int, const void *, size_t)){    struct cmsghdr        *cmp;        struct CREDSTRUCT     *credp;    int                    newfd,    nr, status;    char                  *ptr;    char                   buf[MAXLINE];    struct iovec           iov[1];    struct msghdr          msg;    const int              on = 1;    status = -1;    newfd = -1;    if(setsockopt(fd, SOL_SOCKET, CREDOPT, &on, sizeof(int)) < 0)    {        err_ret("setsockopt failed");        return(-1);    }    for(;;)    {        iov[0].iov_base   = buf;        iov[0].iov_len    = sizeof(buf);        msg.msg_iov       = iov;            msg.msg_iovlen    = 1;        msg.msg_name      = NULL;        msg.msg_namelen   = 0;                if(cmptr == NULL && (cmptr = malloc(CONTROLLEN)) == NULL)            return(-1);        msg.msg_control        = cmptr;        msg.msg_controllen     = CONTROLLEN;        if((nr = recvmsg(fd, &msg, 0)) < 0)        {            err_sys("recvmsg error");            }        else if(nr == 0)        {            err_ret("connection close by server");            return(-1);            }        /*        * See if this is the final data with null & status. Null        * is next to last byte to buffer; status byte is last byte.        * Zero status means there is a file descriptor to receive.         */        for(ptr = buf; ptr < &buf[nr];)        {            if(*ptr++ == 0)            {                if(ptr != &buf[nr - 1])                {                    err_dump("message format error");                }                status = *ptr & 0xFF;    /* prevent sign extension */                if(status == 0)                {                    if(msg.msg_controllen != CONTROLLEN)                    {                        err_dump("status = 0 but no fd");                    }                                        /* process the control data */                    for(cmp = CMSG_FIRSTHDR(&msg); cmp != NULL; cmp = CMSG_NXTHDR(&msg, cmp))                    {                        if(cmp->cmsg_level != SOL_SOCKET)                            continue;                        switch(cmp->cmsg_type)                        {                            case SCM_RIGHTS:                                newfd = *(int *)CMSG_DATA(cmptr);                                    break;                            case SCM_CREDTYPE:                                credp = (struct CREDSTRUCT *)CMSG_DATA(cmp);                                *uidptr = credp->CR_UID;                                                        }                    }                }                else                {                    newfd = -status;                }                nr -= 2;            }        }        if(nr > 0 && (*userfunc)(STDERR_FILENO, buf, nr) != nr)            return(-1);        if(status >= 0)    /* final data has arrived */            return(newfd);    /* descriptor, or -status */    }}

本篇博文內容摘自《UNIX環境高級編程》（第二版），僅作個人學習記錄所用。關于本書可參考：http://www.apuebook.com/。