UNIX网络编程——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UNIXDomain Socket也是可靠的，消息既不会丢失也不会顺序错乱。
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。下面直接来看服务器serv.c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, 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;
}
客户端程序cli.c程序：
#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 的形式来接受多个连接，server调用bind 会创建一个文件，如下所示：
huangcheng@ubuntu:/tmp$ ls -l test\ socket srwxr-xr-x 1 huangcheng huangcheng 0 2013-08-02 19:30 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 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
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：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#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：
huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out 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 .............................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。