Linux编程之recvmsg和sendmsg函数

Linux编程之recvmsg和sendmsg函数

recvmsg 和 sendmsg 函数

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ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

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

ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);

这两个函数把大部分参数封装到一个 msghdr 结构体中：

struct msghdr {
    void          *msg_name;        // protocol address
    socklen_t      msg_namelen;     // size of protocol address
    struct iovec  *msg_iov;         // scatter/gather array
    int            msg_iovlen;      // elements in msg_iov
    void          *msg_control;     // ancillary data (cmsghdr struct)
    socklen_t      msg_controllen;  // length of ancillary data
    int            msg_flags;       // flags returned by recvmsg()
};

• msg_name 和 msg_namelen 这两个成员用于套接字未连接的场合（如未连接 UDP 套接字）。它们类似 recvfrom 和 sendto 的第五个和第六个参数：
  • msg_name 指向一个套接字地址结构，调用者在其中存放接收者（对于 sendmsg 调用）或发送者（对于recvmsg调用）的协议地址。如果无需指明协议地址（如对于 TCP 套接字或已连接 UDP 套接字），msg_name 应置为空指针。
  • msg_namelen 对于 sendmsg 是一个值参数，对于 recvmsg 却是一个值-结果参数。
• msg_iov 和 msg_iovlen 这两个成员指定输入或输出缓冲区数组（即iovec结构数组），类似 readv 或 writev 的第二个和第三个参数。
• msg_control 和 msg_controllen 这两个成员指定可选的辅助数据的位置和大小。msg_controllen 对于 recvmsg 是一个值-结果参数。

对于 recvmsg 和 sendmsg，必须区别它们的两个标志变量：

• 一个是传递值的 flags 参数；
• 另一个是所传递 msghdr 结构的 msg_flags 成员，它传递的是引用，因为传递给函数的是该结构的地址。
• 只有 recvmsg 使用 msg_flags 成员。recvmsg 被调用时，flags 参数被复制到 msg_flags 成员，并由内核使用其值驱动接收处理过程。内核还依据 recvmsg 的结果更新 msg_flags 成员的值。
• sendmsg 则忽略 msg_flags 成员，因为它直接使用 flags 参数驱动发送处理过程。这一点意味着如果想在某个 sendmsg 调用中设置 MSG_DONTWAIT 标志，那就把 flags 参数设置为该值，把 msg_flags 成员设置为该值不起作用。

recvmsg 返回的 7 个标志如下：

• MSG_BCAST：本标志随 BSD/OS 引入，相对较新。它的返回条件是本数据包作为链路层广播收取或者其目的 IP 地址是一个广播地址。与 IP_RECVD-STADDR 套接字选项相比，本标志是用于判定一个 UPD 数据包是否发往某个广播地址的更好方法。
• MSG_MCAST：本标志随 BSD/OS 引入，相对较新。它的返回条件是本数据报作为链路层多播收取。
• MSG_TRUNC：本标志的返回条件是本数据报被截断，也就是说，内核预备返回的数据超过进程事先分配的空间（所有 iov_len 成员之和）。
• MSG_CTRUNC：本标志的返回条件是本数据报的辅助数据被截断，也就是说，内核预备返回的辅助数据超过进程事先分配的空间（msg_controllen）。
• MSG_EOR：本标志的返回条件是返回数据结束一个逻辑记录。TCP 不使用本标志，因为它是一个字节流协议。
• MSG_OOB：本标志绝不为 TCP 带外数据返回。它用于其他协议族（如 OSI 协议族）。
• MSG_NOTIFICATION：本标志由 SCTP 接收者返回，指示读入的消息是一个事先通知，而不是数据消息。

下图展示了一个 msghdr 结构以及它指向的各种信息。图中假设进程即将对一个 UDP 套接字调用 recvmsg：

图中给协议地址分配了 16 个字节，给辅助数据分配了 20 个字节。为缓冲数据初始化了一个由 3 个 iovec 结构构成的数组：第一个指定一个 100 字节的缓冲区，第二个指定一个 60 字节的缓冲区，第三个指定一个 80 字节的缓冲区。假设已为这个套接字设置了 IP_RECVDSTADDR 套接字选项，以接收所读取 UDP 数据包的目的 IP 地址。

假设从 198.38.100:2000 到达一个 170 字节的 UDP 数据报，它的目的地是我们的 UDP 套接字，目的 IP 地址为 206.168.112.96.下图展示了 recvmsg 返回时 msghdr 结构中的所有信息。

图中被 recvmsg 修改过的字段标上了阴影。从第一幅图到第二幅图的变动包括以下几点：

• 由 msg_name 成员指向的缓冲区被填以一个网际网套接字地址结构，其中有所收到数据报的源 IP 地址和源 UPD 端口号。
• msg_namelen 成员（一个值-结果参数）被更新为存放在 msg_name 所指缓冲区中的数据量。本成员并无变化，因为 recvmsg 调用前和返回后其值均为 16.
• 所收取数据报的前 100 个字节数据存放在第一个缓冲区，中 60 字节数据存放在第二个缓冲区，后 10 字节数据存放在第三个缓冲区。最后那个缓冲区的后 70 字节没有改动。recvmsg 函数的返回值（即 170）就是该数据报的大小。
• 由 msg_control 成员指向的缓冲区被填以一个 cmsghdr 结构。该 cmsghdr 结构中，cmsg_len 成员值为 16，cmsg_level 成员值为 IPPROTO_IP，cmsg_type 成员值为 IP_RECVDSTADDR，随后 4 个字节存放所收到 UDP 数据报的目的 IP 地址。这个 20 字节缓冲区的后 4 个字节没有改动。
• msg_controllen 成员被更新为所存放辅助数据的实际数据量。本成员也是一个值-结果参数，recvmsg 返回时其结果为 16。
• msg_flags 成员同样被 recvmsg 更新，不过没有标志返回给进程。