linux網絡編程之socket（十五） UNIX域套接字編程和socketpair 函數

一、UNIX Domain Socket IPC

socket API原本是為網絡通訊設計的，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也可用於同一台主機的進程間通訊（通過loopback地址127.0.0.1），但是 UNIX Domain Socket用於IPC更有效率：不需要經過網絡協議棧，不需要打包拆包、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一個進程。UNIX域套接字與TCP套接字相比較，在同一台主機的傳輸速度前者是後者的兩 倍。這是因為，IPC機制本質上是可靠的通訊，而網絡協議是為不可靠的通訊設計的。UNIX Domain Socket也提供面向流和 面向數據包兩種API接口，類似於TCP和UDP，但是面向消息的UNIXDomain Socket也是可靠的，消息既不會丟失也不會順序錯 亂。

使用UNIX Domain Socket的過程和網絡socket十分相似，也要先調用socket()創建一個socket文件描述符， address family指定為AF_UNIX，type可以選擇SOCK_DGRAM或SOCK_STREAM，protocol參數仍然指定為0即可。

UNIX Domain Socket與網絡socket編程最明顯的不同在於地址格式不同，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 創建，如果調用bind()時該文件已存在，則bind()錯誤返回。

#define UNIX_PATH_MAX 108

struct sockaddr_un {

sa_family_tsun_family; /* AF_UNIX */

charsun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */

};

二、回射/客戶服務器程序

通信的流程跟 前面說過的tcp/udp 是類似的，下面直接來看程序：

/*************************************************************************
    > File Name: echoser_tcp.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > 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，在同一台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"); //地址復用
    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;
}

/*************************************************************************
    > File Name: echocli_tcp.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > 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 的形式來接受多個連接，server調用bind 會創建一個文件，如下所示：

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

即文件類型為s，表示SOCKET文件，與FIFO（命名 管道）文件，類型為p，類似，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 是為了在開始 執行程序時刪除以前創建的文件，以便在重啟服務器時不會提示address in use。其他方面與以前說過的回射客戶服務器程 序沒多大區別，不再贅述。

三、UNIX域套接字編程注意點

1、bind成功將會創建一個文件，權限為0777 & ~umask

2、sun_path最好用一個絕對路徑

3、UNIX域協議支持流式套接口與報式套接口

4、UNIX域流式套接字 connect發現監聽隊列滿時，會立刻返回一個ECONNREFUSED，這和TCP不同，如果監聽隊列滿，會忽略到來的SYN，這導致對 方重傳SYN。

四、socketpair 函數

功能：創建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 函數是類似的，也只能在同個主 機上具有親緣關系的進程間通信，但pipe 創建的匿名管道是半雙工的，而socketpair 可以認為是創建一個全雙工的管道。

可以使用socketpair 創建返回的套接字對進行父子進程通信：

/*************************************************************************
    > File Name: echoser.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > 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;
}

輸出如下：

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

...................................

即父進程持有sockfds[0] 套接字進行讀寫，而子進程持有sockfds[1] 套接字進行讀寫。