socket IPC 本地socket通讯

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，而网络协议是专门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。

服务器端的步骤如下：

1. socket：      建立一个socket

2. bind：          将这个socket绑定在某个文件上（AF_UNIX）或某个端口上（AF_INET），我们会分别介绍这两种。

3. listen：        开始监听

4. accept：      如果监听到客户端连接，则调用accept接收这个连接并同时新建一个socket来和客户进行通信

5. read/write：读取或发送数据到客户端

6. close：        通信完成后关闭socket

客户端的步骤如下：

1. socket：      建立一个socket

2. connect：   主动连接服务器端的某个文件（AF_UNIX）或某个端口（AF_INET）

3. read/write：如果服务器同意连接（accept），则读取或发送数据到服务器端

4. close：        通信完成后关闭socket



下面我们详细讲解：

1.我们调用socket函数创建一个socket：

int socket(int domain, int type, int protocol)

domain：指定socket所属的域，常用的是 AF_UNIX(UNIX 域协议---文件系统套接字) 或 AF_INET (网络通信协议)

AF_UNIX表示以文件方式创建socket，AF_INET表示以端口方式创建socket（我们会在后面详细讲解AF_INET）

type：指定socket的类型，可以是SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM

SOCK_STREAM表示创建一个有序的，可靠的，面向连接的socket，因此如果我们要使用TCP，就应该指定为SOCK_STREAM

SOCK_DGRAM表示创建一个不可靠的，无连接的socket，因此如果我们要使用UDP，就应该指定为SOCK_DGRAM

protocol：指定socket的协议类型，我们一般指定为0表示由第一第二两个参数自动选择。

socket()函数返回新创建的socket，出错则返回-1


2.地址格式：

常用的有两种socket域：AF_UNIX或AF_INET，因此就有两种地址格式：sockaddr_un和sockaddr_in，分别定义如下：

    struct sockaddr_un  
    {  
      sa_family_t sun_family;  /* AF_UNIX */  
      char sun_path[];         /* pathname */  
    }  
      
      
    struct sockaddr_in  
    {  
      short int sin_family;          /* AF_INET */  
      unsigned short int sin_port;   /* port number */  
      struct in_addr sin_addr;       /* internet address */  
    }  


其中in_addr正是用来描述一个ip地址的：

    struct in_addr  
    {  
      unsigned long int s_addr;  
    }  




从上面的定义我们可以看出，sun_path存放socket的本地文件名，sin_addr存放socket的ip地址，sin_port存放socket的端口号。


3.创建完一个socket后，我们需要使用bind将其绑定：

int bind(int socket, const struct sockaddr * address, size_t address_len)

如果我们使用AF_UNIX来创建socket，相应的地址格式是sockaddr_un，而如果我们使用AF_INET来创建socket，相应的地址格式是sockaddr_in，因此我们需要将其强制转换为sockaddr这一通用的地址格式类型，而sockaddr_un中的sun_family和sockaddr_in中的sin_family分别说明了它的地址格式类型，因此bind()函数就知道它的真实的地址格式。第三个参数address_len则指明了真实的地址格式的长度。

bind()函数正确返回0，出错返回-1



4.接下来我们需要开始监听了：

int listen(int socket, int backlog)

backlog：等待连接的最大个数，如果超过了这个数值，则后续的请求连接将被拒绝

listen()函数正确返回0，出错返回-1



5.接受连接：

int accept(int socket, struct sockaddr * address, size_t * address_len)

同样，第二个参数也是一个通用地址格式类型，这意味着我们需要进行强制类型转化

这里需要注意的是，address是一个传出参数，它保存着接受连接的客户端的地址，如果我们不需要，将address置为NULL即可。

address_len：我们期望的地址结构的长度，注意，这是一个传入和传出参数，传入时指定我们期望的地址结构的长度，如果多于这个值，则会被截断，而当accept()函数返回时，address_len会被设置为客户端连接的地址结构的实际长度。

另外如果没有客户端连接时，accept()函数会阻塞

accept()函数成功时返回新创建的socket描述符，出错时返回-1




6.客户端通过connect()函数与服务器连接：

int connect(int socket, const struct sockaddr * address, size_t address_len)

对于第二个参数，我们同样需要强制类型转换

address_len指明了地址结构的长度

connect()函数成功时返回0，出错时返回-1



7.双方都建立连接后，就可以使用常规的read/write函数来传递数据了



8.通信完成后，我们需要关闭socket：

int close(int fd)

close是一个通用函数（和read，write一样），不仅可以关闭文件描述符，还可以关闭socket描述符
   

server.c

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h> //socket listen bind#include <sys/socket.h>//socket listen bind #include <unistd.h>//unlink#include <sys/un.h>//struct sockaddr_unint main()  {    /* delete the socket file */    unlink("server_socket");      //  76 #define PF_UNIX         PF_LOCAL /* POSIX name for PF_LOCAL.  */    //  77 #define PF_FILE         PF_LOCAL /* Another non-standard name for PF_LOCAL.  */    //   #define AF_LOCAL        PF_LOCAL    //   #define AF_UNIX         PF_UNIX    //   #define AF_FILE         PF_FILE     /* create a socket */    int server_sockfd = socket(PF_FILE, SOCK_STREAM, 0);    struct sockaddr_un server_addr;    server_addr.sun_family = AF_FILE;    strcpy(server_addr.sun_path, "server_socket");    /* bind with the local file */    bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));    /* listen */    listen(server_sockfd, 5);  char ch;    int client_sockfd;  struct sockaddr_un client_addr;  socklen_t len = sizeof(client_addr);  while(1)    {      printf("server waiting:\n");          /* accept a connection */      client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &len);          /* exchange data */      read(client_sockfd, &ch, 1);      printf("get char from client: %c\n", ch);    write(client_sockfd, &ch, 1);          /* close the socket */      close(client_sockfd);    }    return 0;  } 

client.c

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <unistd.h>#include <sys/un.h>  int main()  {    /* create a socket */    int sockfd = socket(PF_FILE, SOCK_STREAM, 0);        struct sockaddr_un address;    address.sun_family = AF_FILE; //AF_UNIX  strcpy(address.sun_path, "server_socket");        /* connect to the server */    int result = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));    if(result == -1)    {      perror("connect failed: ");      exit(1);    }        /* exchange data */    char ch = 'A';    write(sockfd, &ch, 1);    read(sockfd, &ch, 1);    printf("get char from server: %c\n", ch);        /* close the socket */    close(sockfd);        return 0;  } 

makefile:

.PHONY:.c .oCC=gccCFLAGS=-Wall -gBIN=client serverall:$(BIN)%.o:%.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@client:client.o$(CC) $^ -o $@server:server.o$(CC) $^ -o $@clean:rm -rf *.o $(BIN)

srwxrwxr-x.  1 lili lili    0 Nov  3 07:22 server_socket