UNIX域套接字编程和socketpair 函数

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UNIX Domain 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 */
};

二、回射/客户服务器程序

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：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102

/*************************************************************************     > 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 ");             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; }

 C++ Code 

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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（解除硬链接） 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：

 C++ Code 

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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 ", val);             write(sockfds[0], &val, sizeof(val));             read(sockfds[0], &val, sizeof(val));             printf("recv data : %d ", 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。

参考：

《Linux C 编程一站式学习》

《TCP/IP详解 卷一》

《UNP》