Linux網絡編程之socket:unix域套接字編程與socketpair函數

一、UNIX Domain Socket IPC

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。UNIX域套接字與TCP套接字相比較，在同一臺主機的傳輸速度前者是後者的兩倍。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。

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。

#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/客戶服務器程序

通信的流程跟前面說過的tcp/udp 是類似的，下面直接來看程序：

#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與TCP套接字相比較，在同一臺主機的傳輸速度前者是後者的兩倍。*/
int main(void)
{
    int listenfd;
    if ((listenfd = socket(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket error");

    unlink("/tmp/test socket"); //地址複用
    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;
}

#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 的形式來接受多個連接，server調用bind 會創建一個文件，如下所示：

即文件類型爲s，表示SOCKET文件，與FIFO（命名管道）文件，類型爲p，類似，都表示內核的一條通道，讀寫文件實際是在讀寫內核通道。程序中調用unlink（解除硬鏈接） 是爲了在開始執行程序時刪除以前創建的文件，以便在重啓服務器時不會提示address in use。其他方面與以前說過的回射客戶服務器程序沒多大區別。