linux网络编程之socket(十五):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:

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    > File Name: echoser_tcp.c
    > Author: Simba
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#include
#include

#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,  0sizeof(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,  0sizeof(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,  NULLNULL);
         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;
}

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    > File Name: echocli_tcp.c
    > Author: Simba
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    > Created Time: Sun 03 Mar 2013 06:13:55 PM CST
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#include
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#include

#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,  0sizeof(recvbuf));
        memset(sendbuf,  0sizeof(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,  0sizeof(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:

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    > File Name: echoser.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > Created Time: Fri 01 Mar 2013 06:15:27 PM CST
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#include
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#include

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

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