UNIX域協議並不是一個實際的協議族，而是在單個主機上執行客戶/服務器通信的一種方法，所用API與在不同主機上執行客戶/服務器通信所使用的API相同。UNIX域協議可以視為IPC方法之一，Unix域協議主要用在同一台機子（僅能用於本地進程間的通信）的不同進程之間傳遞套接字。為什麼不用TCP或者UDP套接字呢？
1）在同一台主機上, UNIX域套接字更有效率, 幾乎是TCP的兩倍(由於UNIX域套接字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, 而且UNIX域協議機制本質上就是可靠的通訊, 而網絡協議是為不可靠的通訊設計的)。
2）UNIX域套接字可以在同一台主機上各進程之間傳遞文件描述符。
3）UNIX域套接字較新的實現把客戶的憑證（用戶ID和組ID）提供給服務器，從而能夠提供額外的安全檢查措施。
注意：UNIX域套接字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UNIX套接字也是可靠的,消息既不會丟失也不會順序錯亂。Unix域協議表示協議地址的是路徑名，而不是Internet域的IP地址和端口號。
UNIX域套接字地址結構:
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un
{
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
至於通信程序的話，和使用TCP的通信並沒有很大的區別，下面給出基於UNIX域套接字的server/client程序源碼：
/**Server端**/
int main()
{
int listenfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0); //使用AF_UNIX 或者AF_LOCAL
if (listenfd == -1)
err_exit("socket error");
char pathname[] = "/tmp/test_for_unix";
unlink(pathname);//如果文件系統中已存在該路徑名，bind將會失敗。為此我們先調用unlink刪除這個路徑名，以防止它已經存在
struct sockaddr_un servAddr;
servAddr.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(servAddr.sun_path, pathname);
if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
err_exit("bind error");
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
err_exit("listen error");
while (1)
{
int connfd = accept(listenfd, NULL, NULL);
if (connfd == -1)
{
if(connfd==EINTR)
continue;
err_exit("accept");
}
}
return 0;
}
/**Client端代碼**/
int main()
{
int sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd == -1)
err_exit("socket error");
char pathname[] = "/tmp/test_for_unix";
struct sockaddr_un servAddr;
servAddr.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(servAddr.sun_path, pathname);
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
err_exit("connect error");
return 0;
}
1.bind成功將會創建一個文件，是一個套接字類型，使用ls -l可以查看到是s開頭的文件，權限為0777 & ~umask
2.sun_path最好用一個/tmp目錄下的文件的絕對路徑，再次啟動的時候最好使用unlink刪除這個文件，否則會提示地址正在使用。
3.UNIX域協議支持流式套接口(需要處理粘包問題)與報式套接口(基於數據報)
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
5.如果使用流式套接字的話，還是要處理粘包問題的。
#include#include int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);
創建一個全雙工的流管道
參數:
domain: 協議家族, 可以使用AF_UNIX(AF_LOCAL)UNIX域協議, 而且在Linux上, 該函數也就只支持這一種協議;
type: 套接字類型, 可以使用SOCK_STREAM
protocol: 協議類型, 一般填充為0,表示內核自動選擇協議類型。
sv: 返回套接字對sv[0],sv[1];
socketpair 函數跟pipe 函數是類似: 只能在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, 如下例:
int main()
{
int sockfds[2];
if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sockfds) == -1)
err_exit("socketpair error");
pid_t pid = fork();
if (pid == -1)
err_exit("fork error");
// 父進程
else if (pid > 0)
{
close(sockfds[1]); //和pipe類似，先關閉一端
int iVal = 0;
while (true)
{
cout << "value = " << iVal << endl;
write(sockfds[0], &iVal, sizeof(iVal)); //發送給子進程
read(sockfds[0], &iVal, sizeof(iVal));
sleep(1);
}
}
// 子進程
else if (pid == 0)
{
close(sockfds[0]);
int iVal = 0;
while (read(sockfds[1], &iVal, sizeof(iVal)) > 0)
{
++ iVal;
write(sockfds[1], &iVal, sizeof(iVal)); //發送給父進程
}
}
}
sendmsg/recvmsg
#include它們與sendto/send 和 recvfrom/recv 函數類似,只不過可以傳輸更復雜的數據結構，功能更強大，不僅可以傳輸一般數據，還可以傳輸額外的數據，如文件描述符，但是只能是套接字不能是文件。#include ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags); ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
//msghdr結構體
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, see below */
size_t msg_controllen; /* ancillary data buffer len */
int msg_flags; /* flags on received message */
};
struct iovec /* Scatter/gather array items */
{
void *iov_base; /* Starting address */
size_t iov_len; /* Number of bytes to transfer */
};
msghdr結構體成員解釋:
1)msg_name ：即對等方的地址指針，不關心時設為NULL即可；
2)msg_namelen：地址長度，不關心時設置為0即可；
3)msg_iov：是結構體iovec 的指針, 指向需要發送的普通數據, 見下圖。
成員iov_base 可以認為是傳輸正常數據時的buf;
成員iov_len 是buf 的大小;
4)msg_iovlen：當有n個iovec 結構體時，此值為n；
5)msg_control：是一個指向cmsghdr 結構體的指針(見下圖), 當需要發送輔助數據(如控制信息/文件描述符)時, 需要設置該字段, 當發送正常數據時, 就不需要關心該字段, 並且msg_controllen可以置為0;
6)msg_controllen：cmsghdr 結構體可能不止一個(見下圖):
7)flags: 不用關心;
填充字節是用來進行對齊的，4的整數倍，緩沖區的大小就是輔助數據的大小，為了對齊，可能存在一些填充字節(見下圖)，跟系統的實現有關，但我們不必關心，可以通過一些函數宏來獲取相關的值，如下：
#includestruct cmsghdr *CMSG_FIRSTHDR(struct msghdr *msgh); //獲取輔助數據的第一條消息 struct cmsghdr *CMSG_NXTHDR(struct msghdr *msgh, struct cmsghdr *cmsg); //獲取輔助數據的下一條信息 size_t CMSG_ALIGN(size_t length); size_t CMSG_SPACE(size_t length); size_t CMSG_LEN(size_t length); //length使用的是的(實際)數據的長度, 見下圖(兩條填充數據的中間部分) unsigned char *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cmsg);
進程間傳遞文件描述符
結構體的填充是重點和難點：
/**示例: 封裝兩個函數send_fd/recv_fd用於在進程間傳遞文件描述符**/
int send_fd(int sockfd, int sendfd)
{
// 填充 name 字段
struct msghdr msg;
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = 0;
// 填充 iov 字段
struct iovec iov;
char sendchar = '\0';
iov.iov_base = &sendchar;
iov.iov_len = 1;
msg.msg_iov = &iov;
msg.msg_iovlen = 1;
// 填充 cmsg 字段
struct cmsghdr cmsg;
cmsg.cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(int));
cmsg.cmsg_level = SOL_SOCKET;
cmsg.cmsg_type = SCM_RIGHTS;
*(int *)CMSG_DATA(&cmsg) = sendfd;
msg.msg_control = &cmsg;
msg.msg_controllen = CMSG_LEN(sizeof(int));
// 發送
if (sendmsg(sockfd, &msg, 0) == -1)
return -1;
return 0;
}
int recv_fd(int sockfd)
{
// 填充 name 字段
struct msghdr msg;
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = 0;
// 填充 iov 字段
struct iovec iov;
char recvchar;
iov.iov_base = &recvchar;
iov.iov_len = 1;
msg.msg_iov = &iov;
msg.msg_iovlen = 1;
// 填充 cmsg 字段
struct cmsghdr cmsg;
msg.msg_control = &cmsg;
msg.msg_controllen = CMSG_LEN(sizeof(int));
// 接收
if (recvmsg(sockfd, &msg, 0) == -1)
return -1;
return *(int *)CMSG_DATA(&cmsg);
}
來解釋一下send_fd 函數：
msg.msg_name = NULL;
msg.msg_namelen = 0;
msg.msg_iov = &vec;
msg.msg_iovlen = 1; //主要目的不是傳遞數據，故只傳1個字符
msg.msg_flags = 0;
vec.iov_base = &sendchar;
vec.iov_len = sizeof(sendchar);
這幾行中需要注意的是我們現在的目的不是傳輸正常數據，而是為了傳遞文件描述符，所以只定義一個1字節的char，其余參照前面對參數的解釋可以理解。
現在我們只有一個cmsghdr 結構體，把需要傳遞的文件描述符send_fd 長度，也就是需要傳輸的額外數據大小，當作參數傳給CMSG_SPACE 宏，可以得到整個結構體的大小，包括一些填充字節，如上圖所示，也即
char cmsgbuf[CMSG_SPACE(sizeof(send_fd))];
也就可以進一步得出以下兩行：
msg.msg_control = cmsgbuf;
msg.msg_controllen = sizeof(cmsgbuf);
接著，需要填充cmsghdr 結構體，傳入msghdr 指針，CMSG_FIRSTHDR宏可以得到首個cmsghdr 結構體的指針，即
p_cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
然後使用指針來填充各字段，如下：
p_cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET;
p_cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS;
p_cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(send_fd));
傳入send_fd 的大小，CMSG_LEN宏可以得到cmsg_len 字段的大小。
最後，傳入結構體指針 p_cmsg ，宏CMSG_DATA 可以得到准備存放send_fd 的位置指針，將send_fd 放進去，如下：
p_fds = (int*)CMSG_DATA(p_cmsg);
*p_fds = send_fd; // 通過傳遞輔助數據的方式傳遞文件描述符
recv_fd 函數就類似了，不再贅述。
int main()
{
int sockfds[2];
if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sockfds) == -1)
err_exit("socketpair error");
pid_t pid = fork();
if (pid == -1)
err_exit("fork error");
// 子進程以只讀方式打開文件, 將文件描述符發送給子進程
else if (pid == 0)
{
close(sockfds[1]);
int fd = open("read.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1)
err_exit("open error");
cout << "In child, fd = " << fd << endl;
send_fd(sockfds[0], fd);
}
// 父進程從文件描述符中讀取數據
else if (pid > 0)
{
close(sockfds[0]);
int fd = recv_fd(sockfds[1]);
if (fd == -1)
err_exit("recv_fd error");
cout << "In parent, fd = " << fd << endl;
char buf[BUFSIZ] = {0};
int readBytes = read(fd, buf, sizeof(buf));
if (readBytes == -1)
err_exit("read fd error");
cout << buf;
}
}
我們知道，父進程在fork 之前打開的文件描述符，子進程是可以共享的，但是子進程打開的文件描述符，父進程是不能共享的，上述程序就是舉例在子進程中打開了一個文件描述符，然後通過send_fd 函數將文件描述符傳遞給父進程，父進程可以通過recv_fd 函數接收到這個文件描述符。先建立一個文件read.txt 後輸入幾個字符，然後運行程序。
注意:
(1)只有UNIX域協議才能在本機進程間傳遞文件描述符;
(2)進程間傳遞文件描述符並不是傳遞文件描述符的值(其實send_fd/recv_fd的兩個值也是不同的), 而是要在接收進程中創建一個新的文件描述符, 並且該文件描述符和發送進程中被傳遞的文件描述符指向內核中相同的文件表項.
