进程间通信之客户进程－服务器进程属性

下面详细说明客户进程和服务器进程的某些属性，这些属性受到它们之间所使用的ipC类型的影响。最简单的关系类型是使客户调用fork然后调用exec执行所希望的服务器进程。

在fork之前先创建两个半双工管道使数据可在两个方向传输。http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3561379.html中的图15-8是这种形式的一个例子。被执行的服务器程序可能是设置用户ID的程序，这使它具有了特权。服务器进程查看客户进程的实际用户ID就可以决定客户进程的身份。（回忆http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3510821.html，从中可以了解到在exec前后实际用户ID和实际组ID并没有改变。）

在这种安排下，可以构筑一个开放式服务器（open server）。它为客户进程打开文件而不是客户进程自己调用open函数。这样就可以在正常的UNIX用户/组/其他权限之上或之外，增加附加的权限检查。假定服务器进程执行的是设置用户ID程序，这给予了它附加的权限（很可能是root权限）。服务器进程用客户进程的实际用户ID以决定是否给予它对所请求文件的访问权限。使用这种方式，可以构筑一个服务器进程，它允许某种用户获得通常没有的访问权限。

在此例子中，因为服务器进程是父进程的子进程，所以它能做的一切是将文件内容传送给父进程。这种方式对普通文件完全够用，但是对特殊设备文件却不能工作。我们所希望能做的是使服务器进程打开所要的文件，并且送回文件描述符。但是实际情况却是父进程可向子进程传送打开文件描述符，而子进程则不能向父进程传回文件描述符。

http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3561632.html图15-12中示出了另一种类型的服务器进程。这种服务器进程是一个守护进程，所有客户进程用某种形式的IPC与其联系。对于这种形式的客户进程-服务器进程关系，不能使用管道。要求使用命名的IPC，例如FIFO或消息队列。对于FIFO，如果服务器进程必须将数据送回客户进程，则对每个客户进程都要有单独使用的FIFO。如果客户进程-服务器进程应用程序只有客户进程向服务器进程发送数据，则只需要一个众所周知的FIFO。

使用消息队列则存在多种可能性：

（1）在服务器进程和所有客户进程之间只使用一个队列，使用消息的类型字段指明谁是消息的接收者。例如，客户进程可以用类型字段1发送它们的消息。在请求之中应包括客户进程的进程ID。此后，服务器进程在发送响应消息时，将类型字段设置为客户进程的进程ID。服务器进程只接收类型字段为1的消息（msgrcv的第四个参数），客户进程则只接收类型字段等于它进程ID的消息。

（2）另一种方法是每个客户进程使用一个单独的消息队列。在向服务器进程发送第一个请求之前，每个客户进程先创建它自己的消息队列，创建时使用键IPC_PRIVATE。服务器进程也有它自己的队列，其键或标识符是所有客户进程都知道的。客户进程将其第一个请求送到服务器的众所周知的队列上，该请求中应包含其客户进程消息队列的队列ID。服务器进程将其第一个响应送至客户进程队列，此后的所有请求和响应都在此队列上交换。

使用这种技术的一个问题是：每个客户进程专用队列通常只有一个消息在其中——或者是对服务器的一个请求，或者是对客户进程的响应。这似乎是对有限的系统资源（消息队列）的浪费，为此可以用一个FIFO来代替。另一个问题是服务器进程需从多个队列读消息。对于消息队列，select和poll都不起作用。

使用消息队列的这两种技术都可以用共享存储段和同步方法（信号量或记录锁）实现。

这种类型的客户进程-服务器进程关系（客户进程和服务器进程是无关系进程）的问题是：服务器进程如何准确地标识客户进程？除非服务器进程正在执行一种非特权操作，否则服务器进程知道客户进程的身份是很重要的。例如，若服务器进程是一个设置用户ID程序，就有这种要求。虽然，所有这几种形式的IPC都经由内核，但是它们并未提供任何措施使内核能够标识发送者。

对于消息队列，如果在客户进程和服务器进程之间使用一个专用队列（于是一次只有一个消息在该队列上），那么队列的msg_lspid包含了对方进程的进程ID。但是当客户进程将请求发送给服务器进程时，我们想要的是客户进程的有效用户ID，而不是它的进程ID。现在还没有一种可移植的方法，在已知进程ID的情况下可以得到有效用户ID。（内核在进程表项中自然地保持有这两种值，但是除非彻底检查内核存储空间，否则已知一个，无法得到另一个。）

使服务器进程可以标识客户进程：这一技术既可使用FIFO、消息队列或信号量，也可使用共享存储。我们假定http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3561632.html图15-12使用了FIFO。客户进程必须创建它自己的FIFO，并且设置该FIFO的文件访问权限，使得只允许用户读，用户写。假定服务器进程具有超级用户特权（或者它很可能并不关心客户进程的真实标识），所以服务器进程仍可读、写此FIFO。当服务器进程在众所周知的FIFO上接收到客户进程的第一个请求时（它应当包含客户进程的专用FIFO的标识），服务器进程调用针对客户进程专用FIFO的stat或fstat。服务器进程假设客户进程的有效用户ID是FIFO的所有者（stat结构的st_uid字段）。服务器进程验证该FIFO只有用户读、用户写权限。服务器进程还应检查该FIFO的三个时间量（stat结构中的st_atime，st_mtime和st_ctime字段），要检查它们与当前时间是否很接近（例如 不早于当前时间15s或30s）。如果一个有预谋的客户进程可以创建一个FIFO，使另一个用户成为其所有者，并且设置该文件的权限为用户读和用户写，那么在系统中就存在了其他基础性的安全问题。

为了用XSI IPC实现这种技术，与每个消息队列、信号量以及共享存储段相关的ipc_perm结构，其中cuid和cgid字段标识IPC结构的创建者。以FIFO为例，服务器进程应当要求客户进程创建该IPC结构，并使客户进程将访问权限设置为只允许用户读和用户写。服务器进程也应检验与该IPC相关的时间值与当前时间是否很接近（因为这些IPC结构在显式地删除之前一直存在）。

进程间通信小结

说明了进程间通信的多种形式：管道、命名管道（FIFO）以及另外三种IPC形式（通常称为XSI IPC），即消息队列、信号量和共享存储。信号量实际上是同步原语而不是IPC，常用于共享资源的同步访问。

要学会使用管道和FIFO，因为在大量应用程序中仍可有效地使用这两种基本技术。

在新的应用程序中，要尽可能避免使用消息队列以及信号量，而应当考虑全双工管道和记录锁，它们使用起来会简单得多。

本篇博文内容摘自《UNIX环境高级编程》（第2版），仅作个人学习记录所用。关于本书可参考：http://www.apuebook.com/。