pipe管道和socket套接字的一些区别

pipe和socket都是比较常用的IPC方式,最近在项目中遇到IPC选型的问题,所以对这两种IPC方式进行了一些测试对比。

socket分类

socket可以按域,按类型,按协议来进行分类

按域分类:

描述
AF_INET ipv4因特网域
AF_INET6 ipv6因特网域
AF_UNIX Unix域(本地套接字)
AF_UPSPEC 未指定

按类型分类:

类型 描述
SOCK_DGRAM 固定长度的,无连接的,不可靠的报文传递
SOCK_RAW IP协议的数据报接口
SOCK_SEQPACKET 固定长度的,有序的,可靠的,面向连接的报文传递
SOCK_STREAM 有序的,可靠的,双向的,面向连接的字节流

按协议分类:

协议 描述
IPPROTO_IP ipv4网际协议
IPPROTO_IPV6 ipv6网际协议
IPPROTO_ICMP 控制报文协议
IPPROTO_RAW 原始IP数据包协议
IPPROTO_TCP 传输控制协
IPPROTO_UDP 用户数据报协议

这些分类从socket()函数的参数中就可以看出:

int socket(int domain, int type, int protocol)

domain:域

type:类型

protocol:协议

管道

管道是Unix系统中最古老的IPC方式,它有以下两种局限性:

1,半双工;

2,管道只能在具有公共祖先的进程间使用。

对于第2点,Linux系统中,pipe其实在本机内的所有用户进程间都可以通信。因为Linux中的所有用户进程都是由init进程创建并运行的。Linux内核启动之后会在用户空间启动init进程,再通过init进程fork其他进程。所以所有的用户进程都有一个共同祖先:init.

对比

如果要对比pipe和socket的话,基本是拿pipe和Unix域socket进行对比。因为pipe通常只能在本机内部进行通信,不能进行跨主机通信。而Unix域套接字又叫作本地域套接字,顾名思义就是用来做本地进程通信的。这点上两种很类似。

虽然网域套接字也可以用于本地通信,但是显然Unix域的效率更高:Unix域套接字仅仅拷贝数据,并不需要执行协议处理,发送的时候不需要添加协议头,收包的时候也不需要解报文包,无需计算校验和,也不产生序列号,亦无须发送确认报文。pipe和网域socket对比也一样,仅仅是数据拷贝,不需要处理协议。

那么pipe和Unix域socket又有什么区别呢?

首先Unix域socket按类型通常分为数据报类型和字节流类型,关于数据报类型和字节流类型的区别有很多文章都讨论过,他们其中一个区别是边界性问题。对于字节流类型,用户程序分辨不出报文的界限,也就是“无边界”,由于这个原因就会出现“粘包”问题。举个例子,发送端一口气连续发了十个数据包,内核协议栈可能一口气发完,也有可能拆分成几个包发。接收方可能一次read就可能一次读完十个包,所以用户层就需要自己去拆包。也有可能就是接收方read,但是只读出了0.1个包,也就是说只读出了一个数据包的一部分,应用层也需要进行拼包处理。而数据报类型,数据包之间是有界,发的时候是一个包一个包的发,收的时候也是一次read就是一个完整的包,不会出现收了几个包,或者半个包这种情况。所以从实际编程角度来讲,数据报类型就比较简单,而字节流就想对麻烦一些,需要考虑粘包等问题。

而pipe,管道,顾名思义就跟水管一样提供的是流服务。

那么pipe和字节流类型的socket又有什么区别呢?这就需要分析它们内核实现上的一些差别。每一个socket都有两个数据缓冲区,读缓冲区,写缓冲区。用户往socket写数据其实就是往socket的写缓冲区拷贝数据,然后内核再把写缓冲区的数据拷贝到接收方socket的读缓冲区。两个缓冲区。

而对于pipe,上面说过他是半双工,写的时候是在管道一端(pipe[1])塞数据,读的时候从另一端pipe[0]读,两端是在共用一个缓冲区。

由于这种差别,我们假设一种场景:发送方以非常快的速度不断的发送数据,写设置成堵塞的,接收方也不断的接收处理数据,但是由于处理速度跟不上,那会导致什么问题呢?

如果是Unix域数据报类型socket,由于接收方忙不过来,最终就会导致接收方读缓冲区溢出而导致丢包。

如果是pipe,由于发送方接收方在内核共用一个缓冲区,而且写是堵塞的,那么当缓冲区满了之后发送方的write操作将会被堵塞而不会发生缓冲区溢出丢包这种情况。

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