Linux msghdr结构讲解
本文我们主要Linux msghdr这一重要的数据结构，其广泛应用于如文件描述符传递，数字证书传递等方面。
1. msghdr结构
msghdr结构一般会用于如下两个函数中：
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);它主要用于向一个socket发送消息，或从一个socket中接收消息。此处很重要的一个作用就是用在unix域中传递一个文件描述符。struct msghdr结构如下：
#include <sys/socket.h>
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 */
};
这里msg_control指针: points to a buffer for other protocol control-related messages or miscellaneous ancillary data（指向与协议控制相关的消息或者辅助数据）. 而msg_controllen为msg_control所指向的这块缓冲的长度。
msg_control是一个struct cmsghdr结构，下面我们会介绍。
2. cmsghdr结构
cmsghdr结构如下：
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[]; */
};
cmsg_level一般为原始的协议级别，cmsg_type为前面原始协议下的某一个子类型。要访问此辅助数据结构，一般会用到如下几个函数：
#include <sys/socket.h>
struct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr *msgh);
struct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *msgh, struct cmsghdr
*cmsg);
size_t CMSG_ALIGN(size_t length);
size_t CMSG_SPACE(size_t length);
size_t CMSG_LEN(size_t length);
unsigned char *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cmsg);这些宏用于创建和访问控制消息(msg_control)，也称为辅助数据，其并不作为socket净荷数据的一部分，净荷数据保存在msg_iov中（参见上述struct msghdr)。 这些辅助数据可能包括：
-
所收到的packet的网卡接口
-
一些不太常用的头部字段
-
一个扩展的错误描述
-
一个文件描述符集合
-
UNIX credentials
例如用辅助数据可以发送一些额外的头部字段(eg. IP options)。
要访问一系列的cmsghdr结构，我们必须使用如下这些宏，而不要直接访问：
-
CMSG_FIRSTHDR(): 返回msghdr辅助数据部分指向第一个cmsghdr的指针
-
CMSG_NXTHDR(): 返回参数中cmsghdr的下一个有效cmsghdr。当msg_control buffer中没有足够剩余的空间的时候，返回NULL
-
CMSG_ALIGN(): 给定一个长度，其会返回对齐后相应的长度。它是一个常量表达式，其一般实现如下：
#define CMSG_ALIGN(len) ( ((len)+sizeof(long)-1) & ~(sizeof(long)-1) )
-
CMSG_SPACE(): 返回辅助数据及其所传递的净荷数据的总长度。即sizeof(cmsg_len) + sizeof(cmsg_level) + sizeof(cmsg_type) + len(cmsg_data)长度进行CMSG_ALIGN后的值.
-
CMSG_DATA(): 返回cmsghdr的净荷数据部分
-
CMSG_LEN(): 返回净荷数据长度进行CMSG_ALIGN后的值，一般赋值给cmsghdr.cmsg_len。
为了创建辅助数据，首先初始化msghdr.msg_controllen字段。 在msghdr上使用CMSG_FIRSTHDR()来获取第一个控制消息，然后使用CMSG_NXTHDR()来获取后续的控制消息。在每一个控制消息中，使用CMSG_LEN()来初始化cmsghdr.cmsg_len，使用CMSG_DATA()来初始化cmsghdr.cmsg_data部分。
3. 例子
如下代码片段用于寻找辅助数据中的IP_TTL选项值：
struct msghdr msgh;
struct cmsghdr *cmsg;
int *ttlptr;
int received_ttl;
/* Receive auxiliary data in msgh */
for (cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msgh); cmsg != NULL;
cmsg = CMSG_NXTHDR(&msgh, cmsg)) {
if (cmsg->cmsg_level == IPPROTO_IP
&& cmsg->cmsg_type == IP_TTL) {
ttlptr = (int *) CMSG_DATA(cmsg);
received_ttl = *ttlptr;
break;
}
}
if (cmsg == NULL) {
/* Error: IP_TTL not enabled or small buffer or I/O error */
}如下代码片段在unix域socket上使用SCM_RIGHTS传递文件句柄数组：
struct msghdr msg = { 0 };
struct cmsghdr *cmsg;
int myfds[NUM_FD]; /* Contains the file descriptors to pass */
int *fdptr;
char iobuf[1];
struct iovec io = {
.iov_base = iobuf,
.iov_len = sizeof(iobuf)
};
union { /* Ancillary data buffer, wrapped in a union
in order to ensure it is suitably aligned */
char buf[CMSG_SPACE(sizeof(myfds))];
struct cmsghdr align;
} u;
msg.msg_iov = &io;
msg.msg_iovlen = 1;
msg.msg_control = u.buf;
msg.msg_controllen = sizeof(u.buf);
cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET;
cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS;
cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(int) * NUM_FD);
fdptr = (int *) CMSG_DATA(cmsg); /* Initialize the payload */
memcpy(fdptr, myfds, NUM_FD * sizeof(int));
[参看]:
