UNIX域套接字編程和socketpair 函數

時間 2019-11-16

原文原文鏈接

1、UNIX Domain Socket IPC
linux

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。UNIX域套接字與TCP套接字相比較，在同一臺主機的傳輸速度前者是後者的兩倍。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。編程

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。
ubuntu

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。服務器

#define UNIX_PATH_MAX 108

struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
網絡

2、回射/客戶服務器程序框架

通訊的流程跟前面說過的tcp/udp 是相似的，下面直接來看程序：dom

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    > File Name: echoser_tcp.c
    > Author: Simba
    > Mail: dameng34@163.com
    > Created Time: Sun 03 Mar 2013 06:13:55 PM CST
************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#include<sys/un.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while (0)

void echo_ser(int conn)
{
    char recvbuf[1024];
    int n;
    while (1)
    {

        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
        n = read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));
        if (n == -1)
        {
            if (n == EINTR)
                continue;

            ERR_EXIT("read error");
        }

        else if (n == 0)
        {
            printf("client close\n");
            break;
        }

        fputs(recvbuf, stdout);
        write(conn, recvbuf, strlen(recvbuf));
    }

    close(conn);
}

/* unix domain socket與TCP套接字相比較，在同一臺主機的傳輸速度前者是後者的兩倍。*/
int main(void)
{
    int listenfd;
    if ((listenfd = socket(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket error");

    unlink("/tmp/test socket"); //地址複用
    struct sockaddr_un servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(servaddr.sun_path, "/tmp/test socket");

    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind error");

    if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0)
        ERR_EXIT("listen error");

    int conn;
    pid_t pid;

    while (1)
    {

        conn = accept(listenfd, NULL, NULL);
        if (conn == -1)
        {

            if (conn == EINTR)
                continue;
            ERR_EXIT("accept error");
        }

        pid = fork();
        if (pid == -1)
            ERR_EXIT("fork error");
        if (pid == 0)
        {
            close(listenfd);
            echo_ser(conn);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }

        close(conn);
    }

    return 0;
}

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    > File Name: echocli_tcp.c
    > Author: Simba
    > Mail: dameng34@163.com
    > Created Time: Sun 03 Mar 2013 06:13:55 PM CST
************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#include<sys/un.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while (0)

void echo_cli(int conn)
{
    char sendbuf[1024] = {0};
    char recvbuf[1024] = {0};
    while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
    {

        write(conn, sendbuf, strlen(sendbuf));
        read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));
        fputs(recvbuf, stdout);
        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
        memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
    }

    close(conn);
}

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket error");

    struct sockaddr_un servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(servaddr.sun_path, "/tmp/test socket");

    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("connect error");

    echo_cli(sock);

    return 0;
}

server 使用fork 的形式來接受多個鏈接，server調用bind 會建立一個文件，以下所示：socket

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ls -l /tmp/test\ socket
srwxrwxr-x 1 simba simba 0 Jun 12 15:27 /tmp/test socket
tcp

即文件類型爲s，表示SOCKET文件，與FIFO（命名管道）文件，類型爲p，相似，都表示內核的一條通道，讀寫文件實際是在讀寫內核通道。程序中調用unlink（解除硬連接）是爲了在開始執行程序時刪除之前建立的文件，以便在重啓服務器時不會提示address in use。其餘方面與之前說過的回射客戶服務器程序沒多大區別，再也不贅述。函數

3、UNIX域套接字編程注意點

一、bind成功將會建立一個文件，權限爲0777 & ~umask
二、sun_path最好用一個絕對路徑
三、UNIX域協議支持流式套接口與報式套接口
四、UNIX域流式套接字connect發現監聽隊列滿時，會馬上返回一個ECONNREFUSED，這和TCP不一樣，若是監聽隊列滿，會忽略到來的SYN，這致使對方重傳SYN。

4、socketpair 函數

功能：建立一個全雙工的流管道
原型 int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);
參數
domain: 協議家族
type: 套接字類型
protocol: 協議類型
sv: 返回套接字對
返回值：成功返回0；失敗返回-1

實際上socketpair 函數跟pipe 函數是相似的，也只能在同個主機上具備親緣關係的進程間通訊，但pipe 建立的匿名管道是半雙工的，而socketpair 能夠認爲是建立一個全雙工的管道。

可使用socketpair 建立返回的套接字對進行父子進程通訊：

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    > File Name: echoser.c
    > Author: Simba
    > Mail: dameng34@163.com
    > Created Time: Fri 01 Mar 2013 06:15:27 PM CST
************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while (0)

int main(void)
{
    int sockfds[2];

    if (socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sockfds) < 0)
        ERR_EXIT("sockpair");

    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1)
        ERR_EXIT("fork");

    if (pid > 0)
    {
        int val = 0;
        close(sockfds[1]);
        while (1)
        {

            ++val;
            printf(" sending data: %d\n", val);
            write(sockfds[0], &val, sizeof(val));
            read(sockfds[0], &val, sizeof(val));
            printf("recv data : %d\n", val);
            sleep(1);
        }

    }

    else if (pid == 0)
    {

        int val;
        close(sockfds[0]);
        while (1)
        {

            read(sockfds[1], &val, sizeof(val));
            ++val;
            write(sockfds[1], &val, sizeof(val));
        }
    }

    return 0;
}

輸出以下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./socketpair
sending data: 1
recv data : 2
sending data: 3
recv data : 4
sending data: 5
recv data : 6
sending data: 7
recv data : 8
sending data: 9
recv data : 10
sending data: 11
recv data : 12
sending data: 13
recv data : 14
sending data: 15
recv data : 16
...................................