如何使用套接字让多个进程与一个中心进程通信？

Question

对于我的应用程序，我需要一个负责与许多客户端进程交互的中央进程。客户端进程需要一种识别和与中央进程通信的方法。此外，中央进程可能没有运行，客户端进程需要一种识别这一事实的方法。由于该应用程序将在类Unix系统上运行，因此我考虑使用套接字（sockets）来完成任务。我应该如何具体地使用套接字来完成这个任务（非常感谢提供实际代码！）？如果套接字不是最理想的选择，是否有更好的替代方案？

- Mike

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当客户端发现中央进程未运行时，它应该做什么（以及需要多快完成）？ - Jonathan Leffler

它将fork()一个中央进程并与其通信。它必须足够快（即最多约0.5-1秒，但在操作系统术语中可能非常慢）。 - Mike

Answer 1

命名管道并不是最理想的选择，它们最适合单读单写的情况。

而UNIX域套接字则非常适合此类场景。它们使用套接字API，端点名称是文件系统条目（与命名管道类似）。

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以下是一个非常简单的示例（当然，您需要添加大量的错误检查！）。首先是服务器端：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <unistd.h>

#define SOCKNAME "/tmp/foo"

int main()
{
    int s1, s2;
    int i;
    struct sockaddr_un sa = { AF_UNIX, SOCKNAME };

    unlink(SOCKNAME);
    s1 = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    bind(s1, (struct sockaddr *)&sa, sizeof sa);
    listen(s1, 5);

    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        struct sockaddr_un sa_client;
        socklen_t sa_len = sizeof sa_client;
        FILE *f;

        s2 = accept(s1, (struct sockaddr *)&sa_client, &sa_len);
        f = fdopen(s2, "r+");
        fprintf(f, "Hello, you are client number %d\n", i + 1);
        fclose(f);
    }

    return 0;
}

现在是客户端部分：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>

#define SOCKNAME "/tmp/foo"

int main()
{
    int s1;
    struct sockaddr_un sa = { AF_UNIX, SOCKNAME };
    FILE *f;
    char buffer[1024];

    s1 = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    connect(s1, (struct sockaddr *)&sa, sizeof sa);
    f = fdopen(s1, "r+");

    while (fgets(buffer, sizeof buffer, f) != NULL)
    {
        printf("Message received: %s", buffer);
    }

    fclose(f);

    return 0;
}

请注意，您应该在/var/run/yourappname下创建套接字，而不是在/tmp下。 man 7 unix是进一步调查的好资源。

- caf

Answer 2

这是一个已经使用数据库的应用程序吗？如果是，我会使用它而不是添加另一个全新的通信媒介。

- Spencer Ruport

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不，它不使用数据库。 - Mike

Answer 3

D-Bus 提供面向对象的 IPC，还包括一个激活功能，如果服务器进程尚未运行，则会启动它。缺点是网络封装基本上是自己动手。

- Ignacio Vazquez-Abrams

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谢谢您的建议！不过我仍然想知道如何使用命名管道来实现，因为我想避免包含太多外部库。 - Mike

命名管道仅支持点对点连接，因此您需要为每个客户端进程创建一个管道，并且它们是单向的。传统的方法是使用套接字来实现，但您仍然需要自己处理激活。 - Ignacio Vazquez-Abrams

你能提供一些设置和使用套接字的示例代码吗？谢谢！ - Mike

不，我自己从来没有做过。不过你可以查一下“Unix域套接字”。 - Ignacio Vazquez-Abrams

@Ignacio：FYI：你可以使用带有wait参数的inetd来启动服务。如果服务崩溃，下一次连接尝试将重新启动它。 - Robert S. Barnes

@Robert：假设您使用的是网络套接字，而不是Unix域套接字。 - Ignacio Vazquez-Abrams

Answer 4

你需要阅读该领域的标准教材之一，可能是Stevens的 'UNIX网络编程，第1卷，第3版'。

你需要做出许多决策，包括：

• 中央服务器是否自己处理所有消息，还是接受其他进程的连接，fork一个子进程并将工作委托给其子进程，同时继续监听新连接？
• 中央服务器是否需要保持会话运行，还是只对“一个（短）消息”做出响应？

这些决策会极大地影响所需的代码。如果进程每次只处理一个短消息，那么考虑使用UDP而不是TCP可能是合适的。如果进程正在与多个通信者进行长时间对话，并且没有fork一个子进程来处理它们，那么可以考虑使用线程编程。如果不是，则需要考虑及时性以及中央进程是否可能无限期地被阻塞。

如评论中所示，您还需要考虑进程应该如何处理中央进程未运行的情况，以及响应速度应该有多快。您还必须防止中央进程过于繁忙，以至于看起来它没有运行，即使它正在运行但正在忙于处理其他连接。如果无法连接到中央进程的进程尝试启动新副本，会遇到多大麻烦？

- Jonathan Leffler

Answer 5

根据您提供的信息，似乎您正在构建一个分布式系统，其中有一个中央消息传递总线，组件使用该总线进行通信。出于以下原因，我建议使用TCP套接字：

1. TCP sockets 可以让你灵活地在同一台机器或不同的机器上运行进程。
2. 据我所知，在两个进程都在同一台机器上的情况下，许多 TCP 实现（例如 Linux 上的实现）将会识别这一点并绕过 TCP 协议栈，使TCP套接字像本地 Unix 域套接字一样快速。
3. 使用 TCP 您可以实现“TCP Ping”，允许客户端检测中央进程是否正在运行/响应并识别该进程。您可以在 CPAN 上的 Perl Net::Ping 包中看到“TCP Ping”的实现。网络源码与 C 语言相似，应该能够理解它。基本上是一个非阻塞的 TCP 连接。
4. 您可以设置 inetd 在每次连接尝试时自动启动服务。由于可能只想在同一时间运行一个副本，所以使用等待参数。这会导致一个副作用，即如果服务崩溃，下一个连接尝试将导致 inetd 重新启动它。请参阅此示例。

- Robert S. Barnes