一种简单的跨平台套接字管道

一种简单的跨平台套接字管道

     socket pair，也称 套接字管道，主要用来实现进程内或进程间的一对一的全双工或半双工通信，在IO复用模型（如select,poll,epoll等）中起到通知中断退出循环的作用，在类UNIX系统中已经有现成的实现，API为socketpair，但在Windows系统中没有，因此本文主要讲述Windows平台下soketpair的实现及应用，支持IPv4和IPv6下的tcp、udp套接字管道。
   对tcp的实现原理是一端在回环地址和某端口上监听接受另一端的连接；而udp的实现原理是先在两端各自绑定回环地址和某端口，然后设定对端地址（调用connect实现）。绑定的回环地址在IPv4和IPv6下分别是 127.0.0.1、 0:0:0:0:0:0:0:1，而端口由系统分配。这里的实现具有以下特点：
   ● unix仅支持af_unix或af_local地址族，windows仅支持af_init和af_init6地址族。
   ● 仅限于进程内或父子进程间通信，需文件系统路径名的机制以支持无关进程间的通信。
   ● unix使用它作进程间通信比标准套接字高效。

接口
   socketpair创建成功返回0，否则返回-1。

 1 #ifdef WIN32
 2 #include  < winsock2.h >
 3 #pragma comment(lib, " ws2_32.lib " )
 4 #endif
 5
 6 #ifdef WIN32
 7 typedef SOCKET socket_t;
 8 int  socketpair( int  family, int  type, int  protocol,SOCKET sock[ 2 ]);
 9 #else
10 typedef  int  socket_t;
11 #include  < sys / socket.h >
12 #endif

实现
   字节流类型由socketpair_stream实现，数据报类型由socketpair_dgram实现。

  1 #ifdef WIN32
  2 #include  < ws2tcpip.h >
  3
  4 static   int  socketpair_stream( struct  addrinfo *  ai,SOCKET sock[ 2 ])
  5 {
  6    SOCKET listener,client = INVALID_SOCKET,server = INVALID_SOCKET;
  7    int opt = 1;
  8
  9    listener = socket(ai->ai_family,ai->ai_socktype,ai->ai_protocol);
 10    if (INVALID_SOCKET==listener)
 11        goto fail;
 12
 13    setsockopt(listener,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(const char*)&opt, sizeof(opt)); 
 14
 15    if(SOCKET_ERROR==bind(listener,ai->ai_addr,ai->ai_addrlen))
 16        goto fail;
 17
 18    if (SOCKET_ERROR==getsockname(listener,ai->ai_addr,(int*)&ai->ai_addrlen))
 19        goto fail;
 20
 21    if(SOCKET_ERROR==listen(listener,SOMAXCONN))
 22        goto fail;
 23
 24    client = socket(ai->ai_family,ai->ai_socktype,ai->ai_protocol);
 25    if (INVALID_SOCKET==client)
 26        goto fail;
 27
 28    if (SOCKET_ERROR==connect(client,ai->ai_addr,ai->ai_addrlen))
 29        goto fail;
 30
 31    server = accept(listener,0,0);
 32    if (INVALID_SOCKET==server)
 33        goto fail;
 34
 35    closesocket(listener);
 36    sock[0] = client, sock[1] = server;
 37    return 0;
 38
 39fail:
 40    if(INVALID_SOCKET!=listener)
 41        closesocket(listener);
 42    if (INVALID_SOCKET!=client)
 43        closesocket(client);
 44    return -1;
 45}
 46
 47 static   int  socketpair_dgram( struct  addrinfo *  ai,SOCKET sock[ 2 ])
 48 {
 49    SOCKET client = INVALID_SOCKET,server=INVALID_SOCKET;
 50    struct addrinfo addr,*res = NULL;
 51    const char* address;
 52    int opt = 1;
 53
 54    server = socket(ai->ai_family,ai->ai_socktype,ai->ai_protocol);
 55    if (INVALID_SOCKET==server)
 56        goto fail;
 57
 58    setsockopt(server,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(const char*)&opt, sizeof(opt)); 
 59
 60    if(SOCKET_ERROR==bind(server,ai->ai_addr,ai->ai_addrlen))
 61        goto fail;
 62
 63    if (SOCKET_ERROR==getsockname(server,ai->ai_addr,(int*)&ai->ai_addrlen))
 64        goto fail;
 65
 66    client = socket(ai->ai_family,ai->ai_socktype,ai->ai_protocol);
 67    if (INVALID_SOCKET==client)
 68        goto fail;
 69
 70    memset(&addr,0,sizeof(addr));
 71    addr.ai_family = ai->ai_family;
 72    addr.ai_socktype = ai->ai_socktype;
 73    addr.ai_protocol = ai->ai_protocol;
 74
 75    if (AF_INET6==addr.ai_family)
 76        address = "0:0:0:0:0:0:0:1";
 77    else
 78        address = "127.0.0.1";
 79
 80    if (getaddrinfo(address,"0",&addr,&res))
 81        goto fail;
 82
 83    setsockopt(client,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(const char*)&opt, sizeof(opt)); 
 84    if(SOCKET_ERROR==bind(client,res->ai_addr,res->ai_addrlen))
 85        goto fail;
 86
 87    if (SOCKET_ERROR==getsockname(client,res->ai_addr,(int*)&res->ai_addrlen))
 88        goto fail;
 89
 90    if (SOCKET_ERROR==connect(server,res->ai_addr,res->ai_addrlen))
 91        goto fail;
 92
 93    if (SOCKET_ERROR==connect(client,ai->ai_addr,ai->ai_addrlen))
 94        goto fail;
 95
 96    freeaddrinfo(res);
 97    sock[0] = client, sock[1] = server;
 98    return 0;
 99
100fail:
101    if (INVALID_SOCKET!=client)
102        closesocket(client);
103    if (INVALID_SOCKET!=server)
104        closesocket(server);
105    if (res)
106        freeaddrinfo(res);
107    return -1;
108}
109
110 int  socketpair( int  family, int  type, int  protocol,SOCKET sock[ 2 ])
111 {
112    const char* address;
113    struct addrinfo addr,*ai;
114    int ret = -1;
115
116    memset(&addr,0,sizeof(addr));
117    addr.ai_family = family;
118    addr.ai_socktype = type;
119    addr.ai_protocol = protocol;
120
121    if (AF_INET6==family)
122        address = "0:0:0:0:0:0:0:1";
123    else
124        address = "127.0.0.1";
125
126    if (0==getaddrinfo(address,"0",&addr,&ai))
127    {
128        if (SOCK_STREAM==type)
129            ret = socketpair_stream(ai,sock);
130        else if(SOCK_DGRAM==type)
131            ret = socketpair_dgram(ai,sock); 
132        freeaddrinfo(ai);
133    }
134    return ret;
135}
138 #endif

应用

 1     // ipv4字节流套接字管道
 2     ret  =  socketpair(AF_INET,SOCK_STREAM, 0 ,sock);
 3      if  ( - 1 == ret)  return   - 1 ;
 4
 5     ret  =  send(sock[ 0 ], " ipv4 tcp: hello sock 1\n " , 24 , 0 );
 6     ret  =  recv(sock[ 1 ],buf, sizeof (buf), 0 );
 7     OutputDebugStringA(buf);
 8     
 9     ret  =  send(sock[ 1 ], " ipv4 tcp: hello sock 0\n " , 24 , 0 );
10     ret  =  recv(sock[ 0 ],buf, sizeof (buf), 0 );
11     OutputDebugStringA(buf);
12
13      // ipv4数据报套接字管道
14     ret  =  socketpair(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0 ,sock);
15      if  ( - 1 == ret)  return   - 1 ;
16
17     ret  =  send(sock[ 0 ], " ipv4 udp: hello sock 1\n " , 24 , 0 );
18     ret  =  recv(sock[ 1 ],buf, sizeof (buf), 0 );
19     OutputDebugStringA(buf);
20
21     ret  =  sendto(sock[ 1 ], " ipv4 udp: hello sock 0\n " , 24 , 0 ,NULL, 0 );
22     ret  =  recvfrom(sock[ 0 ],buf, sizeof (buf), 0 ,( struct  sockaddr * ) & r_addr, & r_len);
23     OutputDebugStringA(buf);
24
25      // ipv6字节流套接字管道
26     ret  =  socketpair(AF_INET6,SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP ,sock);
27      if  ( - 1 == ret)  return   - 1 ;
28
29     ret  =  send(sock[ 0 ], " ipv6 tcp: hello sock 1\n " , 24 , 0 );
30     ret  =  recv(sock[ 1 ],buf, sizeof (buf), 0 );
31     OutputDebugStringA(buf);
32
33     ret  =  send(sock[ 1 ], " ipv6 tcp: hello sock 0\n " , 24 , 0 );
34     ret  =  recv(sock[ 0 ],buf, sizeof (buf), 0 );
35     OutputDebugStringA(buf);
36
37      // ipv6数据报套接字管道
38     ret  =  socketpair(AF_INET6,SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP ,sock);
39      if  ( - 1 == ret)  return   - 1 ;
40
41     ret  =  send(sock[ 0 ], " ipv6 udp: hello sock 1\n " , 24 , 0 );
42     ret  =  recv(sock[ 1 ],buf, sizeof (buf), 0 );
43     OutputDebugStringA(buf);
44
45     ret  =  sendto(sock[ 1 ], " ipv6 udp: hello sock 0\n " , 24 , 0 ,NULL, 0 );
46     ret  =  recvfrom(sock[ 0 ],buf, sizeof (buf), 0 ,NULL, 0 );
47     OutputDebugStringA(buf);

   从上可得，对于已连接的udp套接字，可调用recv或recvfrom接收数据，调用send或sendto发送数据，但调用sendto则不能指定目标地址。测试主机需支持IPv4和IPv6双协议栈，输出如下：

ipv4 tcp: hello sock  1
ipv4 tcp: hello sock  0
ipv4 udp: hello sock  1
ipv4 udp: hello sock  0
ipv6 tcp: hello sock  1
ipv6 tcp: hello sock  0
ipv6 udp: hello sock  1
ipv6 udp: hello sock  0