UNIX Domain Socket IPC

来源:互联网 发布:征信大数据是什么意思 编辑:程序博客网 时间:2024/03/29 09:31

socket API原本是为网络通讯设计的,但后来在socket的框架上发展出一种IPC机制,就是UNIX Domain Socket。虽然网络socket也可用于同一台主机的进程间通讯(通过loopback地址127.0.0.1),但是UNIX Domain Socket用于IPC更有效率:不需要经过网络协议栈,不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等,只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。这是因为,IPC机制本质上是可靠的通讯,而网络协议是为不可靠的通讯设计的。UNIX Domain Socket也提供面向流和面向数据包两种API接口,类似于TCP和UDP,但是面向消息的UNIX Domain Socket也是可靠的,消息既不会丢失也不会顺序错乱。

UNIX Domain Socket是全双工的,API接口语义丰富,相比其它IPC机制有明显的优越性,目前已成为使用最广泛的IPC机制,比如X Window服务器和GUI程序之间就是通过UNIX Domain Socket通讯的。

使用UNIX Domain Socket的过程和网络socket十分相似,也要先调用socket()创建一个socket文件描述符,address family指定为AF_UNIX,type可以选择SOCK_DGRAM或SOCK_STREAM,protocol参数仍然指定为0即可。

UNIX Domain Socket与网络socket编程最明显的不同在于地址格式不同,用结构体sockaddr_un表示,网络编程的socket地址是IP地址加端口号,而UNIX Domain Socket的地址是一个socket类型的文件在文件系统中的路径,这个socket文件由bind()调用创建,如果调用bind()时该文件已存在,则bind()错误返回。

以下程序将UNIX Domain socket绑定到一个地址。

#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头文件中定义:

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

offsetof(struct sockaddr_un, sun_path)就是取sockaddr_un结构体的sun_path成员在结构体中的偏移,也就是从结构体的第几个字节开始是sun_path成员。想一想,这个宏是如何实现这一功能的?

该程序的运行结果如下。

$ ./a.outUNIX domain socket bound$ ls -l foo.socketsrwxrwxr-x 1 user        0 Aug 22 12:43 foo.socket$ ./a.outbind error: Address already in use$ rm foo.socket$ ./a.outUNIX domain socket bound

以下是服务器的listen模块,与网络socket编程类似,在bind之后要listen,表示通过bind的地址(也就是socket文件)提供服务。

#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);}

以下是服务器的accept模块,通过accept得到客户端地址也应该是一个socket文件,如果不是socket文件就返回错误码,如果是socket文件,在建立连接后这个文件就没有用了,调用unlink把它删掉,通过传出参数uidptr返回客户端程序的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);}

以下是客户端的connect模块,与网络socket编程不同的是,UNIX Domain Socket客户端一般要显式调用bind函数,而不依赖系统自动分配的地址。客户端bind一个自己指定的socket文件名的好处是,该文件名可以包含客户端的pid以便服务器区分不同的客户端。

#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);}
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