sendmsg 和 recvmsg 函数

原 作者 刘生玺 | 发表于 | 分类于 2016级

1. 基础介绍

  最通用的I/O函数，只要设置好参数，read、readv、recv、recvfrom和write、writev、send、sendto等函数都可以对应换成这两个函数来调用。同时，各种输出函数调用也可以替换成sendmsg调用。

#include <sys/socket.h>
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
ssizt_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

大部分参数都在 msghdr结构中

struct iovec
{                   /* Scatter/gather array items */
    void *iov_base; /* Starting address */
    size_t iov_len; /* Number of bytes to transfer */
};

struct msghdr
{
    void *msg_name;        /* optional address */
    socklen_t msg_namelen; /* size of address */
    struct iovec *msg_iov; /* scatter/gather array */
    size_t msg_iovlen;   /* # elements in msg_iov */
    void *msg_control;   /* ancillary data, see below */
    size_t msg_controllen; /* ancillary data buffer len */
    int msg_flags;         /* flags on received message */
};

struct msghdr 结构体参数说明：

  • msg_name : 指向一个套接字地址结构，用于存放接受者或者发送者的协议地址。无需指明时，置为空 。
  • msg_iov，msg_iovlen : 指定输入或输出的缓冲区数组。
  • msg_control，msg_controllen : 可选的辅助数据的位置和大小。

注意事项：

  1. 在sendmsg中，会忽略msg_flags成员，他会按照参数flags直接处理。那么当我们去设置MSG_DONTWAIT(临时非阻塞)是就把flags设为MSG_DONTWAIT而把msg_flags设为不起作用。
  2. 在recvmsg中，使用msg_flags参数，他会将flags复制到msg_flags中进行处理。另外内核还可能将msg_flags的值更改。（因为在调用这两个函数的时候，第二个参数都是通过指针去调用的）

2. 图解其结构

这里写图片描述

  协议地址16字节，辅助数据20字节。然后 iovec() 是三个缓冲数据数组。

这里写图片描述

  • msg_name :填充了一个套接字地址结构。包括：源ip和端口
  • msg_namelen :因为调用前和调用后之没有发生改变，所以还是返回 16
  • msg_control:填充了一个cmsghdr()结构
  • msg_controllen:，返回实际填入的字节数—>16
  • msg_flags:也会被内核更新，但是在这里没有标志返回给进程

   5组I/O函数的比较
这里写图片描述

3. 辅助数据

辅助数据又叫作控制信息，通过msg_control和msg_controllen来实现发送和接受。辅助数据的用途主要有：

这里写图片描述

它由一个或者多个辅助对象构成。对象由头部和身体组成 。头部是struct cmsghdr结构，身体是实际数据。 类似于http报文的结构。可以在头部与身体之间有填充字节，也可以在身体与下一个对象之间有填充字节。见下图 ：

struct cmsghdr {
     size_t cmsg_len;    /* Data byte count, including header
                             (type is socklen_t in POSIX) */
      int    cmsg_level;  /* Originating protocol */
      int    cmsg_type;   /* Protocol-specific type */
  /* followed by
      unsigned char cmsg_data[]; */
   };

注意事项： 由msg_control指向的辅助数据必须为cmsghdr结构适当的对齐。

   以下是在一个控制缓冲区中出现2个辅助数据对象的例子：

这里写图片描述

以下是通过一个unix域套接字传递描述符 或者传递凭证时所用的cmsghdr结构：

这里写图片描述

疑问：那么假如对端传递过来了一个描述符的话，那我如何能够获取到该辅助数据呐？自己手动分配空间给cmsg_data[]吗？当然不是，这些系统已经帮我们想好了。系统提供了以下的5个宏来实现。

#include <sys/socket.h>
#include <sys/param.h>
struct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr *mhdrptr);
    //返回：指向第一个cmsghdr结构的指针，若无辅助数据则为NULL
struct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *mhdrptr, struct cmsghdr *cmsghdr);
    //返回：指向下一个cmsghdr结构的指针，若不再有辅助数据对象则为NULL
unsigned char *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cmsgptr);
    //返回：指向与cmsghdr结构关联的数据的第一个字节的指针
unsigned char *CMSG_LEN(unsigned int length);
    //返回：给定数据量下存放到cmsg_len中的值
unsigned char *CMSG_SPACE(unsigned int length);
    //返回：给定数据量下一个辅助数据对象总的大小。

那么就可以进行如下调用啦！！

struct msghdr msg;
struct cmsghdr *cmsgptr;
for (cmsgptr = CMSG_FIRSTHDR(&msg); cmsgptr != NULL;
     cmsgptr = CMSG_NXTHDR(&msg, cmsgptr))
{
    /* 判断是否自己需要 msg_level和msg_type */
    u_char *ptr;
    ptr = CMSG_DATA(cmsgptr); /* 获取辅助数据 */
    /*通过ptr处理身体部分*/
}

注意事项： CMSG_LEN不计身体与下一个对象之间的填充字节，CMSG_SPACE反之。

实例1 ：使用sendmsg和recvmsg在进程之间传递描述符，见下一篇博客.

附录：（1）recvfrom && sendto 函数

 #include <sys/types.h>
 #include <sys/socket.h>

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

  通常在UDP中使用，当然也可以用于TCP！因为UDP是无连接的，所以每次发送和接受时需要指明(IP地址和端口号)。