《UNIX环境高级编程》笔记--UNIX域套接字
来源：互联网 发布：程序员健康指南 编辑：程序博客网 时间：2024/06/05 04:20
一、UNIX Domain Socket IPC
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。UNIX域套接字与TCP套接字相比较，在同一台主机的传输速度前者是后者的两倍。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UNIXDomain Socket也是可靠的，消息既不会丢失也不会顺序错乱。
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。
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
通信的流程跟前面说过的tcp/udp 是类似的，下面直接来看程序：
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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与TCP套接字相比较，在同一台主机的传输速度前者是后者的两倍。*/
int main( void )
{
int listenfd;
if ((listenfd = socket(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0 )) < 0 )
ERR_EXIT( "socket error" );
unlink( "/tmp/test socket" ); //地址复用
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 的形式来接受多个连接，server调用bind 会创建一个文件，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
即文件类型为s，表示SOCKET文件，与FIFO（命名管道）文件，类型为p，类似，都表示内核的一条通道，读写文件实际是在读写内核通道。程序中调用unlink 是为了在开始执行程序时删除以前创建的文件，以便在重启服务器时不会提示address in use。其他方面与以前说过的回射客户服务器程序没多大区别，不再赘述。
三、UNIX域套接字编程注意点
1、bind成功将会创建一个文件，权限为0777 & ~umask
2、sun_path最好用一个绝对路径
3、UNIX域协议支持流式套接口与报式套接口
4、UNIX域流式套接字connect发现监听队列满时，会立刻返回一个ECONNREFUSED，这和TCP不同，如果监听队列满，会忽略到来的SYN，这导致对方重传SYN。
四、socketpair 函数
功能：创建一个全双工的流管道
原型 int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);
参数
domain: 协议家族
type: 套接字类型
protocol: 协议类型
sv: 返回套接字对
返回值：成功返回0；失败返回-1
实际上socketpair 函数跟pipe 函数是类似的，也只能在同个主机上具有亲缘关系的进程间通信，但pipe 创建的匿名管道是半双工的，而socketpair 可以认为是创建一个全双工的管道。
可以使用socketpair 创建返回的套接字对进行父子进程通信：
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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 ;
}
输出如下：
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
...................................
即父进程持有sockfds[0] 套接字进行读写，而子进程 持有sockfds[1] 套接字进行读写。
1.非命名的UNIX域套接字
UNIX套接字用于在用一台机器上运行的进程之间通信。UNIX套接字比因特网域套接字的效率更高。UNIX与套接字提供和
数据报两种接口，UNIX域数据报服务是可靠的，就不会丢失消息也不会传递出错。UNIX域套接字是套接字和管道之间的混合物。
为了创建一对非命名的，相互连接的UNXI域套接字，用户可以使用socketopair函数。
#include<sys/socket.h>
int socketpari(int domain, int type, int protocol, int sockfd[2]);
//若成功则返回0，出错则返回-1.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
int main(void){
int fd[2];
int pid;
char wbuf[16] = "1234567890";
char rbuf[16];
if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd) < 0){
perror("socketpair");
return -1;
}
if((pid = fork())<0){
perror("fork");
return -1;
}else if(pid == 0){
//child
close(fd[0]);
if(write(fd[1],wbuf,strlen(wbuf)) < 0){
perror("write");
exit(-1);
}
}else{
//parent
close(fd[1]);
if(read(fd[0],rbuf,16) < 0){
perror("read");
exit(-1);
}
printf("%s\n",rbuf);
}
return 0;
}
执行结果：
yan@yan-vm:~$ ./a.out
1234567890
2.命名UNIX域套接字：服务端与客户端都有bind
虽然socketpair函数创建相互连接的一对套接字，但是每一个套接字都没有名字。这意味着无关进程不能使用它们。
我们可以命名unix域套接字，并可将其用于告示服务。但是要注意的是，UNXI与套接字使用的地址不同与因特网域套接字。
UNIX域套接字的地址由sockaddr_un结构表示。
在linux2.4.22中，sockaddr_un结构按下列形式定义在有文件<sys/un.h>中。
struct sockaddr_un{
sa_family_t sun_family; //AF_UNIX
char sun_path[108]; //pathname
};
sun_path成员包含一路经名，当我们将一个地址绑定至UNIX域套接字时，系统用该路经名创建一类型为S_IFSOCK文件。
该文件仅用于向客户进程告知套接字名字。该文件不能打开，也不能由应用程序用于通信。
如果当我们试图绑定地址时，该文件已经存在，那么bind请求失败。当关闭套接字时，并不自动删除该文件，所以我们必须
确保在应用程序终止前，对该文件执行解除链接操作。
服务器进程可以使用标准bind、listen和accept函数，为客户进程安排一个唯一UNIX域连接。客户进程使用connect与服务器
进程连接；服务器进程接受了connect请求后，在服务器进程和客户进程之间就存在了唯一连接。这种风格和因特网套接字
的操作很像。
实践：
server.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <string.h>
int main(void){
int fd,clientfd;
int client_addr_len = sizeof(struct sockaddr_un);
struct sockaddr_un un,clientun;
char path[32]="serversocketfile";
int addr_len = sizeof(struct sockaddr_un);
char rbuf[32];
char wbuf[32] = "i am server.";
//create a UNIX domain stream socket
if((fd = socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0)) < 0){
perror("socket");
return -1;
}
//in case it already exists
unlink(path);
//fill in socket address structure
memset(&un, 0, sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
strncpy(un.sun_path,path,32);
//bind the name to the descriptor
if(bind(fd, (struct sockaddr*)&un, addr_len) < 0){
perror("bind");
return -1;
}
if(listen(fd, 10) < 0){
perror("listen");
return -1;
}
if((clientfd = accept(fd,(struct sockaddr*)&clientun,(socklen_t*)&client_addr_len)) < 0 ){
perror("accept");
return -1;
}
printf("client is:%s\n",clientun.sun_path);
if(read(clientfd,rbuf,32) < 0){
perror("read");
return -1;
}
printf("receive msg:%s\n",rbuf);
if(write(clientfd,wbuf,strlen(wbuf)+1) < 0){
perror("write");
return -1;
}
unlink(path);
return 0;
}
client.c
#include <stdio.h>
#include <sys/un.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
int main(void){
int fd;
struct sockaddr_un un;
char path[32] = "clientsocketfile";
char serverpath[32] = "serversocketfile"; // 与服务端一样
int addr_len = sizeof(struct sockaddr_un);
char wbuf[32] = "i am client.";
char rbuf[32];
if((fd = socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0))<0){
perror("socket");
return -1;
}
memset(&un,0,sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
strncpy(un.sun_path,path,32);
unlink(path);
if(bind(fd,(struct sockaddr*)&un,addr_len)<0){
perror("bind");
return -1;
}
//fill socket adress structure with server's address
memset(&un,0,sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
strncpy(un.sun_path,serverpath,32);
if(connect(fd,(struct sockaddr*)&un,addr_len) < 0){
perror("connect");
return -1;
}
if(write(fd,wbuf,strlen(wbuf)+1)<0){
perror("write");
return -1;
}
if(read(fd,rbuf,32) < 0){
perror("write");
return -1;
}
printf("receive msg:%s\n",rbuf);
unlink(path);
return -1;
}
先运行server，再运行client。
运行结果：
server.c：
yan@yan-vm:~/apue$ ./unixserver
client is:clientsocketfile
receive msg:i am client.
client.c：
yan@yan-vm:~/apue$ ./unixclient
receive msg:i am server.
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