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:

/*************************************************************************
    > File Name: echoser_tcp.c
    > Author: Simba
    > Mail: dameng34@163.com
    > Created Time: Sun 03 Mar 2013 06:13:55 PM CST
 ************************************************************************/

#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;
}
/*************************************************************************
    > File Name: echocli_tcp.c
    > Author: Simba
    > Mail: dameng34@163.com
    > Created Time: Sun 03 Mar 2013 06:13:55 PM CST
 ************************************************************************/

#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:

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:

/*************************************************************************
    > File Name: echoser.c
    > Author: Simba
    > Mail: dameng34@163.com
    > Created Time: Fri 01 Mar 2013 06:15:27 PM CST
 ************************************************************************/

#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:

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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