sendmsg 和 recvmsg 中的 iov 和 msg_control

Posted 2023-02-22

【中文标题】sendmsg 和 recvmsg 中的 iov 和 msg_control

【英文标题】：iov and msg_control in sendmsg and recvmsg

【发布时间】：2021-01-09 18:10:53

【问题描述】：

iov.iov_base 和 msg.msg_control 有什么区别？ 我在看一些代码示例（ipuitls 开源 ping） 使用 sendmsg 发送数据时，数据包在 iov.iov_base 中设置 使用 recvmsg 读取数据时，数据包直接从 msg->msg_control 读取。

struct iovec 和 struct msghdr 是什么关系？读取/发送数据有区别吗？

抱歉这个愚蠢的问题。到目前为止我还没有找到答案，我很困惑。 谢谢！

【参考方案1】：

辅助数据或控制消息（.msg_control 处的.msg_controllen 字节）是由内核提供或验证的数据，而正常的有效负载（在iovecs 中）只是从另一个端点接收的数据，未经验证和未经检查由内核（如果协议有校验和，则校验和除外）。

对于 IP 套接字（请参阅man 7 ip），有几个套接字选项会导致内核在收到的消息上提供辅助数据。例如：

IP_RECVORIGDSTADDR 套接字选项告诉内核提供IP_ORIGDSTADDR 类型的辅助消息（以struct sockaddr_in 作为数据），标识接收到的数据报的原始目标地址

IP_RECVOPTS 套接字选项告诉内核提供一个IP_OPTIONS 类型的辅助消息，其中包含用于传入数据报的所有 IP 选项标头（对于 IPv4 最多 40 个字节）

Ping 和 traceroute 使用 IP 上的 ICMP 消息；详情请参阅man 7 icmp（和man 7 raw）。

由于大多数 ICMP 响应不包含发送者填写的有用数据，iovecs 通常不包含任何有趣的内容。相反，有趣的数据在 IP 消息头和选项中。

例如，ICMP Echo reply 数据包仅包含 8 个字节（64 位）：8 位类型 (0)、8 位代码 (0)、16 位校验和、16 位 id 和 16 位序列号。要获取包含感兴趣字段的 IP 标头，您需要内核将它们作为辅助数据控制消息提供。

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背景：

如sendmsg() 和相关手册页中所述，我们有

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

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 */
    size_t        msg_controllen; /* Ancillary data buffer len */
    int           msg_flags;      /* Flags (unused) */
;

struct iovec 
    void         *iov_base;       /* Starting address */
    size_t        iov_len;        /* Number of bytes to transfer */
;

用man 3 cmsg 描述如何构造和访问这些辅助数据，

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 */
    unsigned char cmsg_data[]; /* Data itself */
;

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);

这些辅助数据消息始终与当前架构充分对齐（以便可以直接访问数据项），因此要构造适当的辅助消息（SCM_CREDENTIALS 以通过 Unix 域传递用户、组和进程 ID 信息socket 或 SCM_RIGHTS 来传递文件描述符），必须使用这些宏。 man 3 cmsg 手册页包含这些示例代码。

可以这么说，要遍历给定消息 (struct msghdr msg) 中的每个辅助数据部分，您使用的东西可以归结为

char *const  end = (char *)msg.msg_control + msg.msg_controllen;
char        *ptr = (char *)msg.msg_control;

for (char *ptr = (char *)msg.msg_control;  ptr < end;
           ptr += ((struct cmsghdr *)ptr)->cmsg_len) 
    struct cmsghdr *const cmsg = (struct cmsghdr *)ptr;

    /* level is cmsg->cmsg_level and type is cmsg->cmsg_type, and
       cmsg->cmsg_data is sufficiently aligned for the level and type,
       so you can use ((datatype *)(cmsg->cmsg_data)) to obtain a pointer
       to the type corresponding to this level and type ancillary payload.
       The exact size of the payload is
           (cmsg->cmsg_len - sizeof (struct cmsghdr))
       so e.g. an SCM_RIGHTS ancillary message, with
           cmsg->cmsg_level == SOL_SOCKET && cmsg->cmsg_type == SCM_RIGHTS
       has exactly
           (cmsg->cmsg_len - sizeof (struct cmsghrd)) / sizeof (int)
       new file descriptors as a payload.
    */