socket IPC（本地套接字domain）

2024-08-08 17:21:01 浏览数 (1)

1. 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。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。

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UNIXDomain 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。

对比网络套接字地址结构和本地套接字地址结构：

代码语言：javascript复制
struct sockaddr_in {
__kernel_sa_family_t sin_family;       /* Address family */    地址结构类型
__be16 sin_port;             /* Port number */    端口号
struct in_addr sin_addr;          /* Internet address */  IP地址
};
struct sockaddr_un {
__kernel_sa_family_t sun_family;     /* AF_UNIX */      地址结构类型
char sun_path[UNIX_PATH_MAX];     /* pathname */    socket文件名(含路径)
};

以下程序将UNIX Domain socket绑定到一个地址。

代码语言：javascript复制
size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path)   strlen(un.sun_path);
  #define offsetof(type, member) ((int)&((type *)0)->MEMBER)

2. 本地套接字通信机制

本地套接字通信需要一个文件（伪文件，不管写不写数据，伪文件在磁盘上的大小都是0，因为伪文件实际上是内核中的一块缓冲区）。

代码语言：javascript复制
//sys/un.h
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
  __kernel_sa_family_t sun_family; 
  char sun_path[UNIX_PATH_MAX];
};

在进程间通信专题中，我们讲到过管道，管道的类型是p，本地套接字的类型是s，管道和本地套接字本质都是内核缓冲区。比如管道，通过操作磁盘管道文件可以操作内核缓冲区，而实际上读写数据都是操作的内核缓冲区，所以磁盘管道文件大小一直是0，这就是伪文件，本地套接字与之类似。

本地套接字通信示意图如下，可以通过TCP或UDP实现本地套接字。

3. TCP来实现本地套接字

下面介绍通过TCP来实现本地套接字的过程

- 服务器端

  • 创建套接字
  • int lfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);

绑定 -

struct sockaddr_un serv;

serv.sun_family = AF_LOCAL; //AF_UNIX/AF_LOCAL

strcpy(serv.sun_path, "server.socket"); —— 现在还不存在（linux下的文件后缀都是自己起的）

bind(lfd, (struct sockaddr8)&serv, len); —— 绑定成功套接字server.socket文件就被创建（我们只负责起个名字，它是在bind成功后自动被创建的）

设置监听：listen();

等待接收连接请求

struct sockaddr_un client;

int len = sizeof(client);

- int cfd = accept(ldf, &client, &len);

- - 通信

- send

- recv

- - 断开连接

- close(cfd);

- close(lfd);

-客户端

- - 创建套接字

int fd = socket(AF_LOCAL,SOCK_STREAM, 0);

- 绑定一个套接字文件

struct sockaddr_un client;

client.sun_family = AF_LOCAL;

strcpy(client.sun_path, "client.socket");

bind(fd, (struct sockaddr*)&client, len);

- 连接服务器

struct sockaddr_un serv;

serv.sun_family = AF_LOCAL;

strcpy(serv.sun_path, "server.socket"); - -现在还不存在

connect(fd, &serv, sizeof(server));

- 通信

- recv

- send

- - 关闭

- close

4. 客户端与服务端实现

server

代码语言：javascript复制
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.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);
  /* in case it already exists */
  unlink(name);       

  /* 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);
}
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 */
  /* we're done with pathname now */
  unlink(un.sun_path); 
  return(clifd);

errout:
  err = errno;
  close(clifd);
  errno = err;
  return(rval);
}
int main(void)
{
  int lfd, cfd, n, i;
  uid_t cuid;
  char buf[1024];
  lfd = serv_listen("foo.socket");

  if (lfd < 0) {
    switch (lfd) {
      case -3:perror("listen"); break;
      case -2:perror("bind"); break;
      case -1:perror("socket"); break;
    }
    exit(-1);
  }
  cfd = serv_accept(lfd, &cuid);
  if (cfd < 0) {
    switch (cfd) {
      case -3:perror("not a socket"); break;
      case -2:perror("a bad filename"); break;
      case -1:perror("accept"); break;
    }
    exit(-1);
  }
  while (1) {
r_again:
    n = read(cfd, buf, 1024);
    if (n == -1) {
    if (errno == EINTR)
    goto r_again;
  }
  else if (n == 0) {
    printf("the other side has been closed.n");
    break;
  }
  for (i = 0; i < n; i  )
    buf[i] = toupper(buf[i]);
    write(cfd, buf, n);
  }
  close(cfd);
  close(lfd);
  return 0;
}

client

代码语言：javascript复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.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, "%sd", CLI_PATH, getpid());
  len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path)   strlen(un.sun_path);

  /* in case it already exists */
  unlink(un.sun_path); 
  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);
}
int main(void)
{
  int fd, n;
  char buf[1024];

  fd = cli_conn("foo.socket");
  if (fd < 0) {
    switch (fd) {
      case -4:perror("connect"); break;
      case -3:perror("listen"); break;
      case -2:perror("bind"); break;
      case -1:perror("socket"); break;
    }
    exit(-1);
  }
  while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL) {
    write(fd, buf, strlen(buf));
    n = read(fd, buf, sizeof(buf));
    write(STDOUT_FILENO, buf, n);
  }
  close(fd);
  return 0;
}
ipc socket 进程 内核 通信

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