socket API原本是爲網絡通訊設計的,但後來在socket的框架上發展出一種IPC機制,就是UNIX Domain Socket。雖然網絡socket也可用於同一臺主機的進程間通訊(通過loopback地址127.0.0.1),但是UNIX Domain Socket用於IPC更有效率: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。這是因爲,IPC機制本質上是可靠的通訊,而網絡協議是爲不可靠的通訊設計的。UNIX Domain Socket也提供面向流和麪向數據包兩種API接口,類似於TCP和UDP,但是面向消息的UNIX Domain Socket也是可靠的,消息既不會丟失也不會順序錯亂。
UNIX Domain Socket是全雙工的,API接口語義豐富,相比其它IPC機制有明顯的優越性,目前已成爲使用最廣泛的IPC機制,比如X Window服務器和GUI程序之間就是通過UNIX Domain Socket通訊的。
使用UNIX Domain Socket的過程和網絡socket十分相似,也要先調用socket()創建一個socket文件描述符,address family指定爲AF_UNIX,type可以選擇SOCK_DGRAM或SOCK_STREAM,protocol參數仍然指定爲0即可。
UNIX Domain Socket與網絡socket編程最明顯的不同在於地址格式不同,用結構體sockaddr_un表示,網絡編程的socket地址是IP地址加端口號,而UNIX Domain Socket的地址是一個socket類型的文件在文件系統中的路徑,這個socket文件由bind()調用創建,如果調用bind()時該文件已存在,則bind()錯誤返回。
以下程序將UNIX Domain socket綁定到一個地址。
<span style="font-size:12px;line-height:normal">#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); }</span>
注意程序中的offsetof宏,它在stddef.h頭文件中定義:
<span style="font-size:12px;line-height:normal">#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((int)&((TYPE *)0)->MEMBER)</span>
offsetof(struct sockaddr_un, sun_path)就是取sockaddr_un結構體的sun_path成員在結構體中的偏移,也就是從結構體的第幾個字節開始是sun_path成員。想一想,這個宏是如何實現這一功能的?(先將TYPE類型的指針首地址設爲0,然後取MEMBER成員的地址就是該成員在TYPE中的偏移數。)
該程序的運行結果如下。
<span style="font-size:12px;line-height:normal">$ ./a.out UNIX domain socket bound $ ls -l foo.socket srwxrwxr-x 1 user 0 Aug 22 12:43 foo.socket $ ./a.out bind error: Address already in use $ rm foo.socket $ ./a.out UNIX domain socket bound</span>
以下是服務器的listen模塊,與網絡socket編程類似,在bind之後要listen,表示通過bind的地址(也就是socket文件)提供服務。
<span style="font-size:12px;line-height:normal">#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); }</span>
以下是服務器的accept模塊,通過accept得到客戶端地址也應該是一個socket文件,如果不是socket文件就返回錯誤碼,如果是socket文件,在建立連接後這個文件就沒有用了,調用unlink把它刪掉,通過傳出參數uidptr返回客戶端程序的user id。
<span style="font-size:12px;line-height:normal">#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); }</span>
以下是客戶端的connect模塊,與網絡socket編程不同的是,UNIX Domain Socket客戶端一般要顯式調用bind函數,而不依賴系統自動分配的地址。客戶端bind一個自己指定的socket文件名的好處是,該文件名可以包含客戶端的pid以便服務器區分不同的客戶端。
<span style="font-size:12px;line-height:normal">#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); }</span>