記一次傳遞檔案句柄引發的血案-有解無憂

apue 上講 Solaris 系統是可以在行程間通過 STREAMS 管道傳遞檔案句柄的，

書上講道：“在技術上，發送行程實際上向接收行程傳送一個指向一打開檔案表項的指標，該指標被分配存放在接收行程的第一個可用描述符項中，”

個人非常感興趣，就寫下了下面的兩個程式來驗證 STREAMS 管道是否支持發送接收檔案描述符，且發送方與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端打開一個 STREAMS 管道（通過pipe），此管道將作為傳遞檔案描述符的通道，

它關閉管道的另一端，然后在fork出的子行程中將另一端重定向到子行程的標準輸入、輸出，

之后不斷從console讀入用戶輸入的兩個整數，創建一個臨時檔案（get_temp_fd)并將用戶輸入寫入檔案，

之后通過管道將此臨時檔案傳遞給子行程，然后在管道上等待子行程回傳的另一個臨時檔案句柄，

該句柄中包含了兩數相加的結果，將其讀出并展示給console用戶，

關于Solaris上pipe的特別之處，請參考我之前寫過的一篇介紹文章：神奇的 Solaris pipe

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 作為子行程因為已經被父行程重定向了標準輸入、標準輸出，就簡單多了，

從標準輸入接收一個檔案描述符作為輸入，讀取內容并決議后計算相加結果，

再取另一個臨時檔案（get_temp_fd）用來保存結果，并將該檔案描述符回傳給父行程，

簡單的修改了下 Makefile 檔案、編譯、運行，結果卻不是很理想：

-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 的檔案句柄傳遞成功了，在 server 端句柄號為 4，傳遞到 client 端后變為 3.

但是在 server 端等待接收檔案句柄時卻發生了錯誤，這是怎么回事?

查了一下錯誤碼 2，為ENOENT，沒有對應的檔案或目錄，

這就奇怪了，讀取管道回傳這個錯誤的唯一原因只能是管道被關閉，而此管道在子行程端已經被重定向到了標準輸入、標準輸出，

當標準輸入輸出關閉時，唯一的可能性是行程已經退出，難道子行程已經不在了么？

為此，在 client 最后添加一句日志輸出：

    if (n > 0)
         ....
    else
        fprintf (stderr, "no more data\n");

再運行 demo，果然發現多了一句：

no more data

看來確實是因為子行程退出導致管道關閉了，

那為什么子行程什么資料也沒有從臨時檔案句柄中讀到呢?

一開始懷疑是資料寫入后，沒有 flush 到磁盤，從而導致另一端沒有讀到，于是在寫入資料之后、發送句柄之前，加了以下代碼：

            if (fsync (fd_to_send) < 0)
                printf ("sync file failed\n"); 
            else 
                printf ("sync data to file\n");

再運行 demo，果然發現多了一句：

sync data to file

資料同步成功了，但是結果還是一樣，沒有改善，

走到這邊真的是有點想不通了，琢磨了一宿，晚上突然想到會不會是檔案偏移沒有歸位導致的，

第二天回來，立馬在接收端列印了一下檔案偏移 (offset)：

fprintf (stderr, "recv fd %d, position %u\n", fdin, tell(fdin));

再運行 demo，輸出的偏移果然有問題！

recv fd 3, position 4

這下原因清楚了，原來是接收行程與發送行程共享了檔案句柄的偏移，導致再讀取的程序中直接讀到了檔案尾，

修改代碼，在發送檔案句柄之前重置檔案偏移：

            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，編譯、運行，這下好了：

-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

可以正確的得到計算結果，

這一圈下來可以更好的體會一下傳遞檔案句柄與傳遞檔案名再打開檔案效果的區別，

前者共享了之前行程的檔案句柄相關的資訊（例如檔案偏移量），也是我的代碼出問題的原因，

從寫這個小 demo 的程序中，我理解到書本知識到可運行的代碼之間，還是有很多細節需要處理的，

有時看書就感覺自己會了，但到了實踐就可能會遇到這樣那樣的問題（這些問題甚至和你要測驗的東西無關），

動手解決問題的程序其實也加深了對書本知識的了解，正所謂：”紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行“，

以此小文與各位共勉！

后記：在 linux 上，雖然沒有 STREAMS 系統可用，依然可以借助其它方式來傳遞檔案句柄，

這就是 Unix 域套接字、和基于其上的 sendmsg/recvmsg、來收發 SCM_RIGHTS/SCM_CREDENTIALS 型別的控制訊息，

不僅可以發送檔案句柄，還可以提供發送行程的 uid 等憑證，用于權限校驗，

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/caozuo/144520.html

標籤：Linux

上一篇：使用樹莓派搭建網站服務器【已完成更新】

下一篇：Linux-Windows10雙系統安裝