UNIX Domain Socket IPC (sockaddr_un )

socket API本來是爲網絡通信設計的，但後來在socket的框架上發展出一種IPC機制，就是UNIX Domain Socket。雖然網絡socket也可用於同一臺主機的進程間通信（經過loopback地址127.0.0.1），可是UNIX Domain Socket用於IPC更有效率：不須要通過網絡協議棧，不須要打包拆包、計算校驗和、維護序號和應答等，只是將應用層數據從一個進程拷貝到另外一個進程。 這是由於，IPC機制本質上是可靠的通信，而網絡協議是爲不可靠的通信設計的。UNIX Domain Socket也提供面向流和麪向數據包兩種API接口，相似於TCP和UDP，可是面向消息的UNIX Domain Socket也是可靠的，消息既不會丟失也不會順序錯亂。

UNIX Domain Socket是全雙工的，API接口語義豐富，相比其它IPC機制有明顯的優越性，目前已成爲使用最普遍的IPC機制，好比X Window服務器和GUI程序之間就是經過UNIX Domain Socket通信的。

使 用UNIX Domain Socket的過程和網絡socket十分類似，也要先調用socket()建立一個socket文件描述符，address family指定爲AF_UNIX，type能夠選擇SOCK_DGRAM或SOCK_STREAM，protocol參數仍然指定爲0便可。

UNIX Domain Socket與網絡socket編程最明顯的不一樣在於地址格式不一樣，用結構體sockaddr_un表示，網絡編程的socket地址是IP地址加端口 號，而UNIX Domain Socket的地址是一個socket類型的文件在文件系統中的路徑，這個socket文件由bind()調用建立，若是調用bind()時該文件已存 在，則bind()錯誤返回。

如下程序將UNIX Domain socket綁定到一個地址。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
int main(void)
{
int fd, size;
struct sockaddr_un un;
memset(&un, 0, sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(un.sun_path, "foo.socket");
if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("socket error");
exit(1);
}
size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, size) < 0) {
perror("bind error");
exit(1);
}
printf("UNIX domain socket bound/n");
exit(0);
}

注意程序中的offsetof宏，它在stddef.h頭文件中定義：

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((int)&((TYPE *)0)->MEMBER)

offsetof(struct sockaddr_un, sun_path)就是取sockaddr_un結構體的sun_path成員在結構體中的偏移，也就是從結構體的第幾個字節開始是sun_path成員。想想，這個宏是如何實現這一功能的？(先將TYPE類型的指針首地址設爲0，而後取MEMBER成員的地址就是該成員在TYPE中的偏移數。)

該程序的運行結果以下。

$ ./a.out
UNIX domain socket bound
$ ls -l foo.socket
srwxrwxr-x 1 user        0 Aug 22 12:43 foo.socket
$ ./a.out
bind error: Address already in use
$ rm foo.socket
$ ./a.out
UNIX domain socket bound

如下是服務器的listen模塊，與網絡socket編程相似，在bind以後要listen，表示經過bind的地址（也就是socket文件）提供服務。

#include <stddef.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <errno.h>
#define QLEN 10
/*
* Create a server endpoint of a connection.
* Returns fd if all OK, <0 on error.
*/
int serv_listen(const char *name)
{
int                 fd, len, err, rval;
struct sockaddr_un  un;
/* create a UNIX domain stream socket */
if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
return(-1);
unlink(name);   /* in case it already exists */
/* fill in socket address structure */
memset(&un, 0, sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(un.sun_path, name);
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(name);
/* bind the name to the descriptor */
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, len) < 0) {
rval = -2;
goto errout;
}
if (listen(fd, QLEN) < 0) { /* tell kernel we're a server */
rval = -3;
goto errout;
}
return(fd);
errout:
err = errno;
close(fd);
errno = err;
return(rval);
}

以 下是服務器的accept模塊，經過accept獲得客戶端地址也應該是一個socket文件，若是不是socket文件就返回錯誤碼，若是是 socket文件，在創建鏈接後這個文件就沒有用了，調用unlink把它刪掉，經過傳出參數uidptr返回客戶端程序的user id。

#include <stddef.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <errno.h>
int serv_accept(int listenfd, uid_t *uidptr)
{
int                 clifd, len, err, rval;
time_t              staletime;
struct sockaddr_un  un;
struct stat         statbuf;
len = sizeof(un);
if ((clifd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&un, &len)) < 0)
return(-1);     /* often errno=EINTR, if signal caught */
/* obtain the client's uid from its calling address */
len -= offsetof(struct sockaddr_un, sun_path); /* len of pathname */
un.sun_path[len] = 0;           /* null terminate */
if (stat(un.sun_path, &statbuf) < 0) {
rval = -2;
goto errout;
}
if (S_ISSOCK(statbuf.st_mode) == 0) {
rval = -3;      /* not a socket */
goto errout;
}
if (uidptr != NULL)
*uidptr = statbuf.st_uid;   /* return uid of caller */
unlink(un.sun_path);        /* we're done with pathname now */
return(clifd);
errout:
err = errno;
close(clifd);
errno = err;
return(rval);
}

以 下是客戶端的connect模塊，與網絡socket編程不一樣的是，UNIX Domain Socket客戶端通常要顯式調用bind函數，而不依賴系統自動分配的地址。客戶端bind一個本身指定的socket文件名的好處是，該文件名能夠包 含客戶端的pid以便服務器區分不一樣的客戶端。

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <errno.h>
#define CLI_PATH    "/var/tmp/"      /* +5 for pid = 14 chars */
/*
* Create a client endpoint and connect to a server.
* Returns fd if all OK, <0 on error.
*/
int cli_conn(const char *name)
{
int                fd, len, err, rval;
struct sockaddr_un un;
/* create a UNIX domain stream socket */
if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
return(-1);
/* fill socket address structure with our address */
memset(&un, 0, sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
sprintf(un.sun_path, "%s%05d", CLI_PATH, getpid());
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
unlink(un.sun_path);        /* in case it already exists */
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, len) < 0) {
rval = -2;
goto errout;
}
/* fill socket address structure with server's address */
memset(&un, 0, sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(un.sun_path, name);
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(name);
if (connect(fd, (struct sockaddr *)&un, len) < 0) {
rval = -4;
goto errout;
}
return(fd);
errout:
err = errno;
close(fd);
errno = err;
return(rval);
}